ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA DOPRAVNÍ VYUŽITÍ DRONŮ PRO LETECKÉ SNÍMKOVÁNÍ

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA DOPRAVNÍ Bc. Adam Hlaváč VYUŽITÍ DRONŮ PRO LETECKÉ SNÍMKOVÁNÍ Diplomová práce 2017

2

3

4 Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval všem, kteří mi poskytli podklady pro vypracování této práce. Zvláště pak děkuji vedoucí mojí diplomové práce, Ing. Anně Polánecké, Ph.D., MBA za odborné vedení, konzultace a cenné rady. Dále bych rád poděkoval členům Aeroklubu Mladá Boleslav a Nadačního Fondu Letadlo Metoděje Vlacha, za jejich dlouhodobou podporu a za odborné rady. Především bych rád poděkoval svojí rodině a přátelům za morální a materiální podporu, které se mi od nich dlouhodobě dostává a bez které by moje studium nebylo moţné.

5 Prohlášení Nemám závaţný důvod proti uţívání tohoto školního díla ve smyslu 60 Zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon). Prohlašuji, ţe jsem předloţenou práci vypracoval samostatně a ţe jsem uvedl veškeré pouţité informační zdroje v souladu s Metodickým pokynem o dodrţování etických principů při přípravě vysokoškolských závěrečných prací.

6 Abstrakt Hlavním cílem této diplomové práce je zkonstruovat, postavit a zalétat dva bezpilotní prostředky, které mají zcela odlišnou koncepci a které budou v praxi vyuţitelné pro pořizování amatérských leteckých fotografií a videí. V první části práce se autor věnuje historickému vývoji a rozdělení bezpilotních prostředků. Dokumentuje úkoly které tyto stroje v současnosti plní, případně mohou v blízké budoucnosti plnit. V závěru první části zmiňuje několik směrů, kterými se další vývoj těchto prostředků bude pravděpodobně ubírat. Druhá část práce se zaměřuje na návrh, konstrukci, stavbu, programování a letové testování modelů Letoun a Quadrokoptéra. Klíčové termíny: Drony, Bezpilotní prostředky, UAV, UAS, Modely letadel, Letoun, Quadrokoptéra Abstract The main goal of this master thesis is to design, build and flight test two drones of a different conception. Theese drones were designed and built by the author of this thesis. Their main practical use shall be as platforms for aerial photography. The first part of this thesis documents history, development and fields of use of Unmanned Aerial Vehicles today and in a near future. The second part of this thesis concerns design, construction, building techniques, programming and flight testing of those two drones for aerial photography, made by the author. Main terms: Drones, Pilotless Airplanes, UAV, UAS, Models of Airplanes, Aircraft, Quadcopter 1

7 Obsah Seznam pouţitých zkratek Úvod: Historický vývoj: Pionýři Létající bomby První sériově vyráběný bezpilotní letoun První sériové bezpilotní stroje pro letecké snímkování UAV pro letecké snímkování po druhé světové válce Současnost vojenských UAV Bezpilotní prostředky v Armádě České Republiky Historie bezpilotních prostředků v AČR Bezpilotní letoun SOJKA III Současnost bezpilotních prostředků v AČR Vývoj bezpilotních prostředků v 80. a 90. letech 20.století Rozdělení bezpilotních létajících prostředků: Rozvoj civilních bezpilotních prostředků Rozdělení civilních bezpilotních prostředků podle pouţití Pátrání a záchranna (SAR) Úprava rekreačních dronů a modelů pro vyuţití v SAR

8 3.4. Vědecké vyuţití bezpilotních prostředků Výzkum divoce ţijících zvířat Opylování pomocí dronů Doručování Přeprava transplantační krve Létající mobilní defibrilátory Spedice Společnost DHL Google Letecké snímkování Profesionální firmy Výškové inspekce Geo sluţby Letecké video Fotografie Rekreační vyuţití Rekreační letecké snímkování Létání FPV Závodění s drony

9 3.8. Nejnovější koncepce Přeprava osob Biologická ochrana letiště Záchranné práce v náročném interiéru Předpisová základna: Doplněk X - BEZPILOTNÍ SYSTÉMY Shrnutí omezení a zásad pro létání s drony, plynoucích z doplňku X Vývoj a konstrukce modelu letadla pro AP Letoun : Zkušenosti autora s konstrukcí modelů letadel Zkušenosti autora s leteckým fotografováním Motivace pro konstrukci tohoto modelu První pokusy se snímkováním z modelů Montáţ na horní části trupu, pohled do přední polosféry Montáţ na trupu, pohled přes křídlo Montáţ pod trupem, snímání přední polosféry Shrnutí zkušeností z provozu tohoto modelu Stanovení základních parametrů modelu Letoun Konstrukce modelu Návrh základní koncepce

10 Aerodynamika nosných ploch Profil křídla Reynoldsovo číslo Určení plošného zatíţení a výpočet velikosti nosné plochy Volba ideálního profilu křídla Volba uspořádání modelu Stabilita Podélná STABILITA Příčná stabilita Nerušený záběr nesených kamer Vysoká pasivní bezpečnost provozu Snadná přepravitelnost Rychlá příprava k letu Zvolené uspořádání a materiál modelu Stavba modelu Stavba trupu Trupová gondola Nosník ocasních ploch Uchycení hlavního kola přistávacího podvozkovu Konstrukce svislé ocasní plochy Stavba vodorovné ocasní plochy

11 Výroba náhonu ocasních ploch Potahování nosníku ocasních ploch Stavba centroplánu Stavba křídel Vyříznutí polotovarů křídel Slepení polotovarů křídel a vlepení pásnic nosníku Vlepení duralového loţe hlavního nosníku Výroba křidélek a vztlakové mechanizace Vypálení montáţních otvorů, pro uloţení serv a vedení konektorů Výroba koncových oblouků křídel Upevnění křídel a přenos sil do centroplánu Montáţ palubní elektroinstalace Zapojení palubní sítě Montáţ pohonné jednotky Montáţ serv pro ovládání ocasních ploch Montáţ serv pro ovládání křidélek a vztlakové mechanizace Povrchová úprava Fotografie hotového modelu

12 5.10. Zalétávání První let modelu Fotografie z prvního letu Další program zalétávání Závěry ze zalétávání Ukázky fotografií pořízených tímto modelem Vývoj a konstrukce modelu letadla pro AP Quadrokoptéra : Motivace pro pořízení modelu Stanovení základních parametrů a volba modelu Stavba modelu Palubní elektroinstalace Řídící jednotka Pohonné jednotky Regulátory otáček motorů Přijímač rádiového signálu Pohonné akumulátory Sestavení rámu Kalibrace Zalétávání Úpravy konstrukce Výroba podvozku

13 Podvozek z bukových kulatin Podvozek z bambusových kulatin Podvozek ze sendviče uhlík/balza Výroba uloţení akumulátorů Uchycení kamery k modelu Uchycení přímo k rámu Montáţ kamery pomocí silentbloků Silentbloky z EPP, molitanu a z vulkanizované pryţe Silentbloky se silikonovými hadicemi Ukázky fotografií pořízených tímto modelem Konstrukce a výroba gimbalu pro stabilizaci obrazu: Definice gimbalu Profesionálně vyráběné gimbaly Proč se autor rozhodnul pro konstrukci vlastního gimbalu Vývoj gimbalu Stavba Prototypu Nastavení gimbalu v softwaru Libre Pilot Gimbal z uhlíkového kompozitu Porovnání záběrů z modelu před/po montáţi gimbalu

14 8. Závěr: Porovnání modelů Quadrokoptéra a Letoun Výhody AP speciálu Quadrokoptéra Výhody AP speciálu Letoun Seznam citovaných zdrojů dle pořadí výskytu Literatura pouţitá při studiu problematiky

15 Seznam použitých zkratek ACAS - Airborn Collision Avoidance System (palubní systém pro zabránění sráţce) AČR - Armáda České Republiky AFIS - Aerodrome Flight Information Service (Letištní letová informační sluţba) AP - Aerial Photography (letecké snímkování) ATZ - Aerodrome Traffic Zone (vzdušný prostor v okolí neřízeného letiště) BPL - Bezpilotní letoun CC3D - Copter Controll 3D (řídící jednotka) CCD TV - Charge Coupled Device Television (zabezpečovací kamera) CPL(A) - Comercial Pilot License (pilotní licence Obchodního pilota) CTR - Control Zone (řízený okrsek) EPP - Expandovaný Polypropylen FBW - Fly By Wire (Systém přenosu řídícího signálu elektronickou formou) FPV - First Person View Gimbal - Zařízení pro stabilizaci kamery (kardanův závěs) GNSS - Global Navigation Satelite System (globální navigační satelitní systém) IAF - Israeli Air Force (Izraelské vojenské letectvo) ICAO - International Civil Aviation Organization (Mezinárodní organizace pro c. l.) ILG - Ionic Liquid Gel (Iontový gel s vysokou lepivostí) IR - Infra Red (Infra červené spektrum) LiPol - Lithium Polymerové akumulátory 10

16 LP - Libre Pilot (software řídící jednotky CC3D) MCTR - Military CTR (Vojenský řízený okrsek) NiCd - Nikl-kadmiové akumulátory NiMh - Nikl-metalhydrydové akumulátory NMAM - National Model Aviation Museum (Národní muzeum leteckých modelů) P (LKP) - Prohibited airspace (zakázaný vzdušný prostor) PFV - Personal Flying Vehicle (létající stroj pro osobní dopravu) PL - Payload (zatíţení nesené za účelem splnění úkolu prostředku) PVO - Protivzdušná obrana RAE - The Royal Aircraft Establishment (Královský letecký výzkumný ústav) RAF - The Royal Air Force (Britské královské letectvo) RC - Radio controlled (rádiově řízený) RN - The Royal Navy (Britské královské námořnictvo) SAR - Search and Rescue SAR - Synthetic Aperture Radar SOP - Svislá ocasní plocha TMA - Terminal Manoeuvering Area (koncová řízená oblast) TMG - Turistic Motor Glider (turistický motorový kluzák) TOM - Take-off Mass (vzletová hmotnost) TSA - Temporary Segregated Area (dočasně vyhrazený prostor) UAS - Unmanned Aerial System (bezpilotní vzdušný systém) 11

17 UAV - Unmanned Aerial Vehicle (bezpilotní vzdušný prostředek) UCAV - Unmanned Combat Aerial Vehicle (bezpilotní bojový vzdušný prostředek) ÚCL - Úřad pro Civilní Letectví UL - Useful Load (uţitečné zatíţení) ULL(A) - Pilotní licence pro sportovní létající zařízení USAF - United States Air Force (vojenské letecto USA) USN - United States Navy (letecto Amerického námořnictva) VOP - Vodorovná ocasní plocha WL - Wing Load (plošné zatíţení) 12

18 1. Úvod: Hlavní motivací pro zpracování této práce byla snaha v praxi ověřit, zda i v amatérských podmínkách je moţné zkonstruovat bezpilotní prostředky pro letecké snímkování, které se kvalitou pořizovaných záběrů vyrovnají profesionálním strojům stejné kategorie. Hlavním cílem této práce je zkonstruovat a postavit dva bezpilotní prostředky (drony), které budou v praxi vyuţitelné pro pořizování amatérských leteckých fotografií a videí. V první části diplomové práce se autor věnuje historickému vývoji a rozdělení bezpilotních prostředků. Dále dokumentuje několik zajímavých rolí, které drony v současnosti plní. V závěru první části by autor rád nastínil směry, kterými by se vývoj těchto prostředků mohl v budoucnu ubírat. Druhá část práce se zaměřuje na konstrukci, stavbu a letové testování dvou bezpilotních prostředků, které mají diametrálně odlišnou koncepci. Prvním z nich je model letounu určený pro letecké snímkování rozsáhlejších lokalit, který je díky svým rozměrům schopen tyto úkoly plnit ve vyšších výškách (max 300m, dle legislativy ČR). Tento model byl od základu navrţen, zkonstruován, postaven, naprogramován a zalétán autorem práce. Jako základ k vývoji druhého bezpilotního prostředku poslouţila stavebnice quadrokoptéry, výrobek firmy DJI. Autor na tomto základě postavil model, určený pro letecké snímkování z malých výšek. Konstrukci quadrokoptéry při tom výrazně upravil, aby co nejlépe odpovídala danému úkolu. Tento model je mimo jiné vybaven jednoduchým stabilizátorem obrazu (gimbalem), navrţeným a postaveným autorem. 13

19 Drony se staly v posledních letech velmi populární technologií. Tyto bezpilotní stroje, fungující na bázi RC modelů, mohou plnit nejrůznější úkoly. Jsou schopny nést kamery, termokamery a jiná monitorovací zařízení. Poskytují podporu během SAR, jsou vyuţitelné pro vědecké účely, provádění leteckých prací, spedici, atd. Výraz DRON Český letecký zákon nezná, nicméně tento termín je rozšířený nejen v obecné řeči, ale také v odborné literatuře. Odpovídá Českému ekvivalentu Bezpilotní letadlo. Vychází z anglického originálu DRONE, coţ je výraz pouţívaný pro trubce (samečka včely). Tento výraz se v obecné řeči pouţívá pro označení lenocha a flákače. Old English dran, dræn "male honeybee," - probably imitative; given a figurative sense of "idler, lazy worker" (male bees make no honey) [1] Podle etymologického slovníku se tento výraz objevil poprvé ve vojenském prostředí. Patrně se začal pouţívat proto, ţe stejně jako trubec v úlu, ani pilot bezpilotního letounu se při pilotáţi nenadře tolik, jako jeho kolega v kokpitu pilotovaného stroje. Navíc pilot dronu nemusí v boji nastavovat krk. Jedna z prvních zmínek o pouţití tohoto výrazu v tisku padla ve vydání amerického časopisu Popular Science v listopadu Drones, as the radio-controlled craft are called, have many potentialities, civilian and military. Some day huge mother ships may guide fleets of long-distance, cargo-carrying airplanes across continents and oceans. Long-range drones armed with atomic bombs could be flown by accompanying mother ships to their targets and in for perfect hits. [2] V současnosti má slovo DRONE ve vztahu k technice několik významů. Obecně stroj řízený umělou inteligencí (loď, motocykl, ponorka, dopravní vozík...) Bezpilotní létající stroj (UAV Unmanned Aerial Vehicle) Bezpilotní bojový létající stroj (UCAV Unmanned Combat Aerial Vehicle) 14

20 2. Historický vývoj: 2.1. Pionýři Dálkově, případně samočinně pilotované stroje bez lidské posádky jsou vynálezem téměř stejně starým jako letectví samo. Hlavní motivací pro jejich vývoj bylo vojenské vyuţití. Historie nejstarších létajících prostředků těţších vzduchu, které byly prakticky pouţitelné a nenesly pilota na palubě, spadá do první světové války a období těsně po ní. Jedním z prvních a nejznámějších bezpilotních motorových létajících strojů ranného období, byl britský Kettering Bug. Vývoj tohoto letounu spadá do druhé poloviny první světové války. Malý dvouplošník s velkým vzepětím křídel byl vlastně létajícím torpédem nesoucím cca 50kg trhaviny. Obr. 1 Motorová zkouška prostředku Kettering Bug (vintagewings.ca [3]) 15

21 Technické řešení letounu Kettering Bug bylo velmi primitivní. Tento stroj nebyl vybaven ţádným dálkovým ovládáním. To v praxi znamenalo, ţe kromě nastavení kormidel na zemi neexistoval ţádný způsob, jak stroj řídit. Po vypuštění z kolejnic mohl letěl s ohledem na vítr přibliţně v nastaveném směru aţ do vzdálenosti 120km. [3] Nicméně Kettering Bug bylo zřejmě moţné efektivně nasadit pouze za příznivého počasí a mírného větru. Jak se v praxi ukázalo, byl tento prostředek příliš nesofistikovaný a přišel až moc pozdě na to, aby mohl mít nějaký praktický dopad na vývoj událostí na frontě. [3] Na druhou stranu bezpilotní letouny přinášely nové moţnosti a jejich vývoj v sobě skrýval značný potenciál. Během první světové války se letectví vyvíjelo mílovými kroky. Nové, mnohdy velmi neortodoxní letecké konstrukce se objevovaly neustále. Zatímco některé byly slepými uličkami a upadaly v zapomnění, jiné se dále rozvíjely. Bezpilotní prostředky se v průběhu let rozvíjely spolu s vývojem letadel s lidskou posádkou. Postupně se stávaly nedílnou součástí vojenských letectev mnoha zemí. Obr. 2 Kettering Bug na startovací rampě (understandingempire.wordpress.com [4]) 16

22 2.2. Létající bomby Meziválečný vývoj bezpilotních létajících prostředků se následně soustředil především v USA a ve Velké Británii. Tehdejší úroveň techniky ještě neumoţňovala jejich širší vyuţití, například pro průzkumné účely. Vesměs se jednalo o létající terče pro nácvik protiletadlové palby, případně o létající pumy, sofistikovanější následníky strojů Kettering Bug. Britské Královské Výzkumné Středisko (RAE - The Royal Aircraft Establishment) a Britské Královské Námořnicto (Royal Navy) spojily v roce 1925 své síly k výrobě a testování první střely s plochou dráhou letu na světě. Stala se jí RAE Larynx. Akronym slov Long Range Gun with Lynx Engine. Larynx byl ve srovnání s tehdy běţnými dvouplošnými letouny řešen velmi moderně. V roce 1927 tento bezpilotní stroj v rámci vojenských zkoušek několikrát úspěšně odstartoval z katapulů, umístěných na přídích bitevníků Royal Navy, označených Stronghold a Thanet. [3] Obr. 3 RAE Larynx na odpalovacím katapultu (vintagewings.ca [3]) 17

23 K pohonu stroje Larynx slouţil motor Armstrong Siddeley Lynx o výkonu 200HP. Se svou maximální rychlostí 200mph (308km/h) byl rychlejší neţ většina tehdejších stíhacích letounů. Larynx byl primárně projektován jako protilodní zbraň s dlouhým doletem, byl tedy vzdáleným předchůdcem současných střel s plochou dráhou letu Tomahawk, které pouţívá Americké námořnictvo. Obr. 4 Zástavba motoru Lynx ve stroji RAE Larynx (vintagewings.ca [3]) Během testovacího programu bylo provedeno pouze sedm startů těchto letounů, vybavených buď jako bezpilotních (se systémem řízení na základě gyroskopů) nebo s dálkovým ovládáním pomocí radiostanice (RC - Radio Control). Tyto stroje se nikdy nedostaly do sériové výroby a program Larynx byl v roce 1928 ukončen. [3] Poznatky získané z tohoto programu však byly v budoucnu vyuţity při konstrukci dalších bezpilotních letounů. Prakticky pouţitelným se ukázal především systém dálkového řízení, který byl v pozměněné verzi pouţit při vývoji bezpilotního prostředku Queen Bee. 18

24 2.3. První sériově vyráběný bezpilotní letoun Ve 30. a 40. letech 20. století létalo v Britském královském letectvu (RAF) mnoţství dálkově řízených dvouplošníků Tiger Moth, přezdívaných Queen Bee. Tyto letouny slouţily jako vzdušné terče pro protileteckou obranu. Vyuţívaly se k vlečení rukávů, pro nácvik střelby ze stíhacích letounů a pro ověřování funkčnosti radiolokační techniky. Obr. 5 Druhý prototyp Queen Bee pro letové zkoušky (vintagewings.ca [3]) Hlavním důvodem, proč si konstruktéři za základ pro stavbu Queen Bee vybrali právě letoun Tiger Moth, byla jeho vysoká příčná a stranová stabilita. Tento letoun byl konstruován jako školní a vynikal svým stabilním letovým projevem a nezáludnými letovými vlastnostmi. Bezpilotní letouny Queen Bee mohly být dálkově ovládány pilotem sedícím na zemi, na lodi (v případě plovákové varianty), a dokonce i v jiném letadle. Ovládací panel obsahoval jednoduché otočné potenciometrické ovladače, kterými mohl pilot/operátor zadávat příkazy pro řízení stroje. Čísla na otočných ovladačích znázorňovala úroveň vychýlení řídících ploch ve smyslu zatáčka doleva, zatáčka doprava, přitáhnout/potlačit, zatímco dodatečné ovladače slouţily k obsluze zapalování a plynové přípusti. [3] Tento způsob ovládání je poněkud těţkopádným předchůdcem současného uspořádání většiny vysílačů pro ovládání dálkově řízených modelů. Řízení pomocí otočných ovladačů bylo ve srovnání s dnešním uspořádáním mnohem náročnější a pilot/operátor takového prostředku při něm musel prokazovat velkou představivost. 19

25 Zatímco samotný ovládací pult dálkového řízení byl relativně malý (jak ukazuje následující obrázek z archivu RAF), vysílač rádiového signálu měl rozměry dodávky. Obr. 6 Ovládací pult prostředku Queen Bee (vintagewings.ca [3]) Koncepce dálkového ovládání letounu Queen Bee, byla pouze tříkanálová. Umoţňovala ovládání výškovky (klopení), směrovky (zatáčení) a výkonu/chodu motoru. Křidélka (klonění) byla stavitelná pouze na zemi. Díky tomu nemohl operátor provádět se strojem koordinované zatáčky a maximální dosaţitelný náklon byl omezen na 20. [3] Pokud došlo ke ztrátě signálu, kontrolní plochy byly nastaveny do neutrální pozice, plynová přípusť byla upravena na cestovní reţim a Queen Bee letěla tak dlouho, dokud jí nedošlo palivo. Pro případ ztráty signálu byla také vybavena jednoduchým systémem pro automatické přistání. Tento systém sestával z dlouhé antény, která visela pod letounem a na základě změny impedance po dotyku s terénem dokázala vycítit, ţe se letoun nachází nízko nad zemí, nebo vodou. [4] 20

26 Jakmile byla Queen Bee dostatečně nízko, vlečený drát se dotknul země/vody a sepnul automatický palubní systém pro přistání. Tento automatický systém následně vypnul magneta zapalování a postupně manipuloval výškovým kormidlem pro provedení přechodového oblouku a přistání. [3] Podle současných standardů je tedy moţné tento letoun povaţovat za prostředek s jednoduchou funkcí Fail Safe. Díky novým systémům, které Queen Bee přinášela, znamenalo její zavedení velký krok kupředu. Její pouţití coby cvičného cíle pro protileteckou obranu navíc přineslo jednu úsměvnou událost. Během přehlídky britského Královského námořnictva (RN) v roce 1935, konané za přítomnosti krále Jiřího VI. na palubě křiţníku Dountless, mělo být provedeno sestřelení jedné Queen Bee protiletadlovými palubními zbraněmi osmi bitevních lodí. Queen Bee létala kolem uskupení bitevníků celých 15 minut. Za tu dobu na ni bylo protileteckými zbraněmi bitevníků vypáleno několik tun munice a letoun nejevil známky ţádného výraznějšího poškození. Jeden vysoce postavený důstojník námořnictva to uţ nemohl déle vydrţet a pošeptal svému pobočníkovi: For ***** sake, tell the operator to dial SPIN!. Načeţ se Queen Bee zřítila do moře ve vývrtce a čest královského námořnictva tak byla zachráněna. [3] Přínos těchto dálkově řízených Tiger Mothů pro vývoj protiletecké obrany Velké Británie byl během předválečných let značný. Zvláštní sloţka RAF, vyčleněná pro provoz bezpilotních letounů, s nimi nalétala stovky hodin a provedla nespočet pokusů pro ověření její efektivnosti. Pokusy se zachycením a sestřelením letících cílů přispěly k vývoji velmi komplexního a funkčního systému protivzdušné obrany, který mohl být plně doceněn aţ v horkém létě roku 1940 během Bitvy o Británii. 21

27 2.4. První sériové bezpilotní stroje pro letecké snímkování Zájem o dálkově řízená bezpilotní letadla se v meziválečných letech soustředil nejen ve Velké Británii. Jedněmi z ranných uţivatelů bezpilotních strojů byly USA a především nacistické Německo. Němečtí konstruktéři dovedly bezpilotní stroje k vraţedné dokonalosti během druhé světové války, především v podobě masově nasazených střel s plochou dráhou letu V1, které byly poháněny náporovými motory a později prvních balistických střel V2 s motory raketovými. Vzhledem k zaměření této práce se však budeme věnovat především vývoji typů, které byly pouţívány pro letecké snímkování a letecký průzkum. Tyto stroje většinou vyuţívaly konvenční pohonnou jednotku, tvořenou pístovým spalovacím motorem a pevnou vrtulí. Německo ve třicátých letech 20. století vyvíjelo a následně také v omezených sériích vyrábělo mnoţství malých bezpilotních strojů, které slouţily především jako cvičné cíle. Zabývala se jimi řada zavedených leteckých továren. Společností, která se před druhou světovou válkou nejvíce proslavila svými bezpilotními konstrukcemi, byla firma Argus. Postupný vývoj bezpilotních strojů v konstrukčních odděleních společnosti Argus dal vzniknout dálkově řízenému výzvědnému letounku As 292. [3] Obr. 7 Skupina letounků Argus As 292 (luftarchiv.de [5]) 22

28 První let, tehdy ještě volného letounku Argus AS 292, byl uskutečněn 9 června Dne 14. května 1939, letěl stroj poprvé řízený rádiem. [3] Po úspěšném předvedení letounku před zástupci Luftwaffe a Říškého inspektorátu letectví, jich bylo objednáno celkem 100 kusů. Následně byla objednávka upravena na 120 sériových kusů a dva předsériové, pro letové zkoušky. Celkem tedy bylo vyrobeno 132 těchto letounků. [5] Obr. 8 První tucet sériových strojů Argus AS 292 (luftarchiv.de [5]) Na následující fotografii vidíme skupinu vysokých důstojníků říšského leteckého inspektorátu včetně několikanásobného stíhacího esa z první světové války Ernsta Udeta. Přihlíţejí na ní se zájmem a moţná i s trochou despektu předletové přípravě bezpilotního letounku Argus As 292. [3] Obr. 9 Letounek Argus As 292 a Ernst Udet (vintagewings.ca [3]) 23

29 Argus As 292 slouţil pro blízký letecký průzkum. Letounek bylo díky jeho nízké hmotnosti (cca 3kg) moţné vypouštět z ruky, případně mohl startovat ze svého pevného podvozku. Kromě klasického přistávacího zařízení byl stroj vybaven také přistávacím padáčkem, který usnadňoval jeho návrat v obtíţném terénu. Pro letecký průzkum byl vybaven fotoaparátem typu Zeiss. Po přistání bylo moţné pořízené snímky jednoduše vyvolat v pojízdné temné komoře, během několika minut. Letounek byl tak schopen poskytovat informace o pohybu nepřítele i v náročnén terénu a téměř v reálném čase. Maximální rychlost letu As 292 byla podle dostupných zdrojů 100km/h a vytrvalost letu se pohybovala kolem 30min. [3] Obr. 10 As 292 s otevřeným přistávacím padákem a ukázka vnitřní konstrukce letounku (luftarchiv.de [5]) 24

30 Američané v meziválečném období vyvinuli a pouţívali dálkově řízené letouny označované Radioplane OQ 2. Tato konstrukce byla v podstatě velkým modelem letounu s dálkovým ovládáním pomocí radiostanice. Jednalo se o dosud nejmasověji vyráběný bezpilotní prostředek, kterého se (dle NMAM v Indianě) vyrobilo více jak 3500 kusů. Konstrukce letounku Radioplane OQ-2 byla firmou The Radioplane Co. patentována v únoru 1941 a s jeho sériovou výrobou začala v červnu tohoto roku. Tento bezpilotní prostředek slouţil podobně jako britské Queen Bee především pro testování protiletecké obrany a cvičné střelby ze stíhacích letounů. Letoun mohl být také vyuţíván pro letecké snímkování. [6] Obr. 11 Radioplane OQ-2 (National Model Aviation Museum [6]) 25

31 Typ Radioplane OQ 2 byl určen ke startu katapultem a k přistání slouţil přistávací padák o průměru 24 stop (7.2m). Konvenční přistávací podvozek byl určen především pro tlumení nárazu při přistání. Obr. 12 Vzlet z katapultu, ukázka protiběžných vrtulí (NMAM [6]) Specifikace Letounu OQ 2 Rozpětí křídel Délka Prázdná hmotnost Maximální rychlost Vytrvalost 147 palců (3,74m) 104 palců (2,64m) 104 lbs. (45kg) 85 mph (130km/h) 1 hr. 10 min. Zahájení výroby Červen 1941 Celkem vyrobeno Motor 3,865 kusů Righter Type 6hp [6] 26

32 Na stroji OQ-2 je z hlediska historického vývoje nejzajímavější především fakt, ţe se jednalo o první bezpilotní letoun, který byl vyráběn opravdu ve velkých sériích. Jeho výrobce, společnost The Radioplane Co., byla zaloţena v roce Do konce války stihla pro USAF a USN vyrobit celkem dronů! Z toho kusů bylo právě letounků OQ 2. Následující fotografie byla pořízena v roce 1942 ve výrobním závodě firmy Radioplane ve Van Nuys. Jsou na ni dobře viditelné desítky rozpracovaných strojů. [6] Obr. 13 Masová výroba Radioplane OQ-2 (NMAM [6]) Pro účely leteckého snímkování byl letoun schopný nést různé druhy fotoaparátů. Díky svým rozměrům mohl být také vybaven kamerou "FILMO Sportster", vyráběnou firmou Bell & Howell. Tato kamera byla schopná pořizovat aţ 30minutové záběry, na 8mm film. Obr. 14 Kamera "FILMO Sportster, Bell & Howell co. (pimall.com [7]) 27

33 2.5. UAV pro letecké snímkování po druhé světové válce Poválečný vývoj bezpilotních prostředků postupoval stejně rychle, jako vývoj pilotovaných strojů a přinesl především další rozšiřování rozsahu úkolů, které drony dokázaly plnit. Zvyšoval se také počet zemí, které byly schopny bezpilotní letouny zkonstruovat. Zlomovým konfliktem v dějinách bezpilotních letadel pro letecké snímkování, byla válka ve Vietnamu. Americké letectvo v ní masově vyuţívalo původně terčový letoun Firebug, poháněný malým proudovým motorem. Tento typ byl modifikován do podoby průzkumných letounů, nasazovaných pod názvy Firebee (shazované z letadel) a Lightning Bug (se startem z odpalovací rampy). Od roku 1964 byly tyto průzkumné stroje vysílány nad Vietnam a mimořádně se osvědčily. Další létaly nad komunistickou Čínou a Severní Koreou. Vzniklo přes dvacet různých variant, určených pro různé výšky a nesoucích rozmanité vybavení. Včetně fotoaparátů s noktovizní čočkou pro pořizování nočních záběrů, či vrhačů letáků. Celkem bylo zhotoveno přes 1000 letounů, které uskutečnily nejméně 3435 operačních letů. [3] Obr. 15 Letoun DC-130 nese na podvěsesch dva drony pro letecký průzkum Ryan Firebee (understandingempire.wordpress.com [4]) 28

34 Uţ během konfliktu ve Vietnamu provádělo americké námořnictvo zkoušky verze BGM-34, která mohla nést řízené i neřízené zbraně, a to včetně střel AGM-65 Maverick. Tento koncept ozbrojeného UAV však narazil na názory vysokých důstojníků, kteří v bezpilotních letounech viděli neţádoucí konkurenci pro pilotované stroje. Projekt byl proto zastaven. Faktem zůstává, ţe pouţitelný bezpilotní bojový letoun existoval uţ třicet let, před dnes běţně pouţívaným strojem Predator. [3] V průběhu války ve Vietnamu se do konstrukce bezpilotních prostředků zapojil také SSSR. Hlavní slovo ve vývoji BPL měla konstrukční kancelář firmy Tupolev, jeţ počátkem 60. let úspěšně otestovala nadzvukový letoun Tu-123 Jastreb (na fotografii vlevo).vývojem tohoto typu vznikla celá řada příbuzných letounů, například Tu-143 Rejs (na fotografii vpravo), který byl také ve výzbroji bývalého Československa. Obr. 16 Tu-123 Jastreb a Tu-143 Rejs (ruslet.webnode.cz [8]) Specifikace Tu-143 Rejs Bezpilotní vzdušný prostředek velkého doletu, který je uzpůsobený pro provádění detailního průzkumu. Tyto letouny slouţily v zemích východního bloku především k pořizování fotografií strategicky významných cílů, nacházejících se hluboko na území protivníka. Dále k provádění radiotechnického průzkumu a pořizování fotografií škod způsobených nepříteli. [8] 29

35 Sestava komplexu typu Tu 143 Rejs [8] - dvanáct bezpilotních prostředků typu Tu šest kolových tahačů typu SARD-1 (STA-30) zaloţených na bázi 8 x 8 nákladního automobilu typu MAZ-537 s návěsem typu SUDR-1 (ST-30) s nastavitelnou startovací rampou (pod úhlem 12 ) v závěsu (vlastní ovládaní pult, který se nachází přímo uvnitř kabiny tahače typu SARD-1) Specifikace Tu-300 Koršun Současnou generaci bezpilotních letounů vzešlých z východního bloku, představuje Tu-300 Koršun, který je mimo jiné schopný nést i výzbroj vzduch-vzduch. [8] Taktický útočný-průzkumný bezpilotní vzdušný prostředek typu Tu-300 je řešen jako jednomotorový středoplošník s kachním uspořádáním nosných ploch. Let je prováděn po předem naprogramované trase, na základě údajů z inerciálního navigačního systému. Pohon zajišťuje proudový motor neznámého typu a dva odhazovatelné urychlovací raketové motory na tuhé palivo. Výzbroj tvoří standartní kontejner typu KMGU-1, nebo jiná protizemní výzbroj do celkové hmotnosti kg. Nesená výzbroj je uloţena v trupové šachtě, a nebo na jednom pylonu nacházejícím se pod trupem. Na podtrupový závěsník je moţné kromě výzbroje umístit také kontejner se zařízením pro fotografický, IR, televizní, laserový, radiolokační nebo radiotechnický průzkum. Není známo, ţe by byl tento prostředek někdy prakticky nasazen v boji. [8] Obr. 17 Tu-300 Koršun (ruslet.webnode.cz [8]) 30

36 Izrael se díky svojí geopolitické situaci stal po druhé světové válce skutečnou supervelmocí v oblasti bezpilotních letadel. IAF začalo s jejich vývojem těsně po svém vzniku a izraelské bezpilotní prostředky se dočkaly mohutného nasazení. Prvním konfliktem, kde se Izraelské UAV dočkaly opravdu masového nasazení, byly operace v Libanonu v roce Průzkumné stroje Mazlat tehdy získaly přesné údaje o pozicích syrské protiletadlové obrany. IAF potom vyslalo bezpilotní návnady typu Sampson, na které Syřané vyplýtvali většinu své protiletadlové munice. Letecké síly ţidovského státu díky tomu neutrpěly během následujících bojů ţádné lidské ztráty. [9] Obr. 18 průzkumný UAV Mazlat (vlevo) a návnada Sampson ([13], [21]) Izrael v průběhu let získal vůdčí postavení ve vývoji a stavbě bezpilotních létajících prostředků. Díky neustálým drobným potyčkám a několika otevřeným válečným konfliktům se svými arabskými sousedy má izraelská armáda bohaté zkušenosti s vyuţitím UAV v praxi. Izrael je také výrobcem největšího vojenského UAV na světě. Je jím bezpilotní letoun Heron (viz. obr 19). Obr. 19 Heron - největší UAV na světě, které je využívané pravidelnou armádou (FRONTLINE [13]) 31

37 Americké ozbrojené síly se v 70. Letech, ve snaze získat taktické bezpilotní prostředky, rozhodly pro otevřenou spolupráci s Izraelským leteckým průmyslem. Prvním z letounů vzešlých z této spolupráce se stal RQ-2 Pioneer. Jednalo se o vylepšenou verzi osvědčeného izraelského typu Scout, kterou pro USN modifikovala firma AAI Corporation. Dalším úspěšným americko-izraelským typem je RQ-5 Hunter, jeţ vznikl spoluprací mezi firmami IAI a Northrop. [9] Obr. 20 RQ-2 Pioneer (vlevo) a RQ-5 Hunter (vpravo) (FAS [10]) Američané s velkým úspěchem nasadili tyto bezpilotní prostředky v roce 1991 proti Iráku. Iráckou protivzdušnou obranu zmátly návnady typu Chukar izraelské výroby a v dalších fázích operace byly pouţity bezpilotní prostředky Pioneer a Hunter k průzkumu a pozorování pohybu nepřátelských sil a k řízení dělostřelecké palby. Legendární se pak stala příhoda o asi čtyřiceti iráckých vojácích, kteří se máváním bílými šátky vzdali bezpilotnímu stroji Pioneer, který nad nimi létal a naváděl palbu z bitevních lodí. Tato situace jasně ukazuje na potenciál, který se v bezpilotních letadlech skrývá. [11] USA však ve svém vývoji bezpilotních prostředků nespoléhaly jen na spolupráci s Izraelem. Konstrukční kanceláře zavedených leteckých výrobců začaly vyvíjet vlastní UAV a vznikaly i nové společnosti, které se specializovaly výhradně na tento typ letecké techniky. 32

38 2.6. Současnost vojenských UAV Společnost General Atomics, začala s vývojem UAV uţ na konci 80. let a v současnosti vyrábí asi nejznámější bitevní bezpilotní letoun na světě, RQ-1 Predator. Tento stroj prodělal svůj křest ohněm během operace Allied Force v Jugoslávii, širšího zájmu se dočkal aţ po začátku globální války proti terorismu. Predator se stal prvním bojově nasazeným, bitevním, UAV. Obr. 21 Cvičné odpálení střely Hellfire, letounem RQ-1 Predator (defencesystems.com [12]) RQ 1 Predator má rozpětí křídel 14,6 m, taktický dolet 930 km, vytrvalost letu až 24 hodin a jeho praktický dostup se pohybuje kolem 8000m AGL. Má klasické konstrukční uspořádání středoplošníku se zatažitelným tricyklovým podvozkem, motýlkové ocasní plochy a je vybaven motorem o výkonu HP. [9] Základní palubní vybavení zahrnuje inerciální navigaci s korekcí údajů systému NAVSTAR/GPS, malým řídicím počítačem, televizní kamerou s proměnnou ohniskovou vzdáleností pro denní pozorování a infračervenou kamerou pro noční průzkum, laserovým označovačem cílů a radiolokátorem s rozlišovací schopností 30 cm. Data jsou přenášena téměř v reálném čase. Let je řízen po naprogramované trati, nebo příkazy operátora. [13] 33

39 Jedním z největších amerických výrobců bezpilotních letadel je firma Northrop. Tomuto odvětví se věnuje uţ od druhé světové války. Tato firma ve spolupráci se společností Teledyne-Ryan Aeronautical vyvinula letoun RQ-4 Global Hawk. Tento stroj vládne uţ řadu let kategorii výškových bezpilotních letounů s velkou vytrvalostí letu. Letoun Global Hawk operuje běţně ve výškách vyšších, neţ 19km a dokáţe v této výšce setrvat více jak 32 hodin. Letoun je poháněn proudovým motorem Rolls Royce AE 3007 uloţeným na horní části trupu před ocasními plochami. Global Hawk byl vyvinut hlavně pro to, aby nahradil průzkumné letouny U2. Díky svému dostupu je tento letoun obtíţně napadnutelný konvenčními střelami země-vzduch. [9] Technické údaje RQ 4 Global Hawk [4] Maximální vzletová hmotnost kg Užitečné zatížení 1000 kg Dolet 5500 km Dostup 20 km Vytrvalost letu až 40 h Primárně je určen pro zabezpečení průzkumu prostoru bojové činnosti, hodnocení výsledků zasazených úderů, radioelektronickému rušení a radiolokačnímu vyhledávání a identifikaci cílů. Za hodinu letu by měl být schopný nasnímat a vyhodnotit prostor o ploše přibliţně 9000 km2. [4] RQ-4 je také vybaven radarem s pasivním sledováním. Díky tomu dokáţe odhalovat nepřátelské radiolokátory bez nebezpečí, ţe bude jeho vysílání zachyceno. K dalšímu průzkumnému vybavení patří televizní a infračervené kamery s vysokým rozlišením, díky kterým můţe Global Hawk operovat ve dne i v noci. 34

40 Obr. 22 RQ-4 Global Hawk v řezu (pinterest.com [14]) 35

41 Kromě běţných armádních strojů se k vyuţívání bezpilotních prostředků otevřeně hlásí i zpravodajské agentury. Americká CIA dle oficiálních zpráv, zveřejněných na jejích internetových stránkách, pouţívá v dnešní době ozbrojené bezpilotní stroje. Jedná se o speciálně upravené letouny, jejichţ vybavení je pochopitelně tajné. Nicméně na stránkách agentury se můţeme dočíst, ţe tyto stroje jsou v dnešní době pouţívány primárně k odhalení a následné eliminaci teroristických vůdců. Po bombových útocích provedených UAV zemřelo dle odhadů CIA 750 aţ lidí od roku Během těchto útoků se podařilo zlikvidovat kolem třiceti vysoce postavených vůdců a důleţitých osob, bezprostředně zapojených do činnosti teroristických organizací. Počet útoků pomocí bezpilotních letounů se v době teroristické krize výrazně zvýšil. Zatímco v roce 2015 se jednalo celkem o 34 útoků ročně, během prvních deseti měsíců roku 2016 jich bylo uţ 53. [15] Údaje z nasazení v roce 2017 zatím nejsou k dispozici. Významné postavení mezi výrobci vojenských bezpilotních prostředků získala také kanadská firma Canadair (dnes součást Bombardier), která vyvinula několik progresivních typů bezpilotních strojů, včetně velmi zajímavě řešeného vrtulníku CL-227. Tento typ vyuţívá koaxiálního uspořádání nosných rotorů, eliminující reakční moment z jejich rotace. Jeho vyuţití se neomezuje pouze na vojenskou sféru. Například je také pouţíván pro výzkum Atlantického proudění a jevu El Niňo. [16] Obr. 23 Bezpilotní vrtulník Canadair CL-227 ( [16]) K trendu zavádění průzkumných prostředků bez osádky se v 80. letech připojily i vyspělé Evropské země. Státy východního bloku byly zásobovány převáţně technikou sovětského původu. Mnohé východoevropské země však vyvíjely i vlastní typy, jak dokazuje níţe zmiňovaný letoun Sojka Československé konstrukce. 36

42 2.7. Bezpilotní prostředky v Armádě České Republiky Historie bezpilotních prostředků v AČR První nasazení bezpilotních prostředků v AČR spadá do 70. let 20, století. Nejčastěji byly UAV ve výzbroji tehdejší armády zastoupeny výše zmiňovanými střelami Tu-143 Rejs a taktické letouny zastupovaly konstrukce firmy Jakovlev Šmel/Pčela. V 80. Letech byl zahájen vývoj bezpilotních letounů, určených pro letecký průzkum. Historický vývoj a politické tlaky po roce 1989 přinesly odklon od techniky východního bloku a přispěly tak k vývoji bezpilotního letounu SOJKA III, který odpovídal standardům NATO Bezpilotní letoun SOJKA III Sojka III je bezpilotní průzkumný letoun (BPL), který byl vyráběn Vojenským technickým ústavem letectva a PVO. Předchůdci prostředku SOJKA III se začali vyvíjet v roce 1980 a slouţili především jako cvičné terče. Kolem roku 1993 bylo rozhodnuto o úpravě na průzkumnou verzi s leteckým fotoaparátem AFA-39 a videokamerami. Vznikla verze SOJKA III/TV, která byla základem pro všechny následné verze [17] Obr. 24 Bezpilotni letoun Sojka III v Leteckém muzeu Kbely (forum.valka.cz [18]) 37

43 Bezpilotní letoun Sojka III je určen pro vzdušný průzkum v reálném čase, sběr optických informací, monitorování dělostřelecké palby, rádiový průzkum a rušení radiolokátorů nepřítele. Dále můţe slouţit také jako vzdušný terč (nosič infračervených zářičů), při nácviku střelby tepelně naváděnými raketami. Kvůli zajištění dostatečné optické kvality průzkumných dat, je průzkumný let Sojky realizovatelný do rychlosti větru 8 m/s [19] Stroj je vyroben především ze skelného laminátu a uhlíkových kompozitů. Trup je řešen jako gondola s dvojitým nosníkem ocasních ploch a speciálně zkonstruovaným wankelovým motorem s vrtulí v tlačném uspořádání. Trupová gondola je vybavena ukotvením na startovací rampu a spodní část je vyztuţena, kvůli přistávání na břicho. SOJKA III dokáţe unést uţitečné zatíţení aţ do hmotnosti 30 kilogramů. Jeho velikost má vliv především na vytrvalost letu. Ta se pohybuje od jedné do třech hodin. Standardně býval letoun vybaven systémem pro příjem a vysílání radiového signálu, CCD TV kamerami a návratovým padákem. Další doplňkové vybavení bylo moţno zastavět. [18] Letouny slouţily od května 1999 u 116. letky bezpilotních průzkumných prostředků a od října 2000 aţ do svého vyřazení v roce 2010, u roty bezpilotních průzkumných prostředků Pozemních sil AČR. [19] Technické údaje letounu SOJKA III [19] Délka trupu: 3,78 m Rozpětí křídel: 4,12 m Maximální vzletová hmotnost: 145 kg Cestovní rychlost: km/h Dolet: km Dostup: cca 4000 m 38

44 Vzlet letounu SOJKA III se prováděl ze startovací rampy za pomoci raketového motoru na tuhé palivo, který jej urychlil na potřebnou vzletovou rychlost. BPL nabízel operátorovi celkem dva reţimy letu, a to poloautomatický a zcela automatizovaný. Poloautomatický let dovoloval měnit pomocí autopilota směr a výšku letu. Automatický let probíhal v přímých úsecích, mezi zadanými otočnými body a při udrţování zadaných výšek letu. Operátor může do programu letu kdykoliv vstoupit a přepnout jej na poloautomatický let, a nebo letoun přivést zpět do místa startu, pouze stiskem tlačítka Návrat. [19] Přistání bylo moţné provést buď automaticky, pomocí padáku (maximálně do rychlosti 200 km/h a výšky minimálně 100m AGL), a nebo přistáním na břicho. Tento způsob přistání však byl moţný pouze v poloautomatickém módu. [19] Obr. 25 Vzlet letounu SOJKA III ze startovacího vozidla (lu.fme.vutbr.cz [19]) 39

45 Bezpilotní systém (UAS) SOJKA III [19] 3-4 bezpilotní letouny Přepravní vozidlo s místem pro 4 BPL a servisním vybavením Vozidlo se startovací rampou Vozidlo vybavené řídicím a vyhodnocovacím střediskem Dohledávací vozidlo s přívěsem (používá se na přepravu Sojky v sestaveném, nebo částečně rozloženém stavu) Obr. 26 Komplet UAS SOJKA III (lu.fme.vutbr.cz [19]) 40

46 VZLÚ v současnosti spolupracuje v souvislosti s tímto typem UAV na projektu s názvem TDAAS. Jedná se o inovativní antikolizní systém pro vyuţití ve všeobecném letectví a bezpilotních prostředcích. Cílem této spolupráce je vývoj systému pro zakomponování bezpilotních prostředků do civilního vzdušného prostoru. [20] Jedná se o systém Sense&Avoid, coţ je obdoba ACAS (Aircraft Collision Avoidance System). Hlavním koordinátorem tohoto projektu je firma Honeywell, která systém vyvíjí. Role VZLÚ spočívá v přípravě matematického modelu letounu na základě statických a dynamických měřeních zmenšeného modelu (1:2.5) v aerodynamickém tunelu. Ten bude následně jednak zakomponován do autopilota bezpilotního prostředku, ale také využíván v četných simulacích interakcí mezi systémem Sense&Avoid a bezpilotním letounem, před ověřením letovými zkouškami. [20] Obr. 27 Model Sojky v aerodnamickém tunelu VZLU ( [20]) 41

47 Současnost bezpilotních prostředků v AČR Současná Armáda České Republiky spoléhá ve výzbroji UAV především na malé průzkumné stroje. Jedná se o taktické letounky Raven. Už na začátku roku 2005 byl nejmenší bezpilotní průzkumný prostředek s názvem RQ-11 Raven velice oceňovaný veliteli v Iráku. Raven nahradil ve výzbroji FQM-151 Pointer, který sloužil již v první válce v zálivu v roce 1991 (první kusy byly dodávány od roku 1989). Mimochodem, v té době byl letoun Sojka ještě snem, který se v následujících letech teprve měl začít zhmotňovat. [21] RQ-11 Raven je průzkumný bezpilotní letoun od kalifornské společnosti AeroVironment. První sériový kus převzala americká armáda v květnu 2003, od roku 2009 jsou Raveny součástí výzbroje Armády České Republiky a slouţí u 102. průzkumného praporu z Prostějova. Obr. 28 Obsluha připravuje bezpilotní prostředek RQ-11 Raven na vypuštění, základna Shank, Lógar, říjen 2011 ( [21]) 42

48 Raven je skutečně velice malý a svými rozměry připomíná spíš model letadla. Rozpětí křídel má 140cm, jeho délka je přibliţně 90cm a MTOM se pohybuje kolem 2kg. Pohon zajišťuje střídavý elektromotor. Vzlet letounku probíhá vypouštěním z ruky. V automatickém reţimu je schopen létat ve výškách m AGL. Při přistání dosedá na spodní část trupu. Dolet stroje se uvádí 10 kilometrů a výdrţ se pohybuje podle zatíţení minut. [21] Letouny mají zabudovanou GPS navigaci. Jedná se tedy o taktický prostředek, který umoţňuje vojákům sledovat okolí a v kombinaci s dalšími zdroji informací, můţe poskytnout velice dobrý obraz o situaci na bojišti. Některé verze jsou dokonce vybaveny laserovým značkovačem, který umoţňuje navádět bojové letouny na cíle ke zničení. Celý systém, sestávající z letounku a řídícího stanoviště, se vejde do několika kufříků. Letounek standartně nese několik kamer, které snímají ve viditelném spektru i IR. Je tedy schopný operovat ve dne i v noci. Řízený můţe být manuálně. Pomocí řídícího stanoviště, které je součástí UAS. Případně můţe létat autonomně. [21] Hlavními úkoly, které RQ-11 Raven v Armádě ČR plní, jsou zejména mise force protection. Tedy mise pro zajištění ochrany vlastních jednotek, základen a stanovišť v předpokládaných směrech, nebo prostorech působení nepřítele. [21] Velmi účelné, ale sloţité vzhledem ke koordinaci, je vyuţití UAV při ochraně pěší jednotky na přesunu. Prostředek Raven poskytuje v reálném čase a s minimálním rizikem obraz o situaci v prostorech, které jsou mimo dosah pozorování. Navíc je schopen pracovat nejen ve viditelném spektru, ale také za sníţené dohlednosti. První ostrý let bezpilotního průzkumného prostředku RQ-11 Raven na území Afghánistánu, byl proveden před více než rokem, krátce po jeho zavedení do struktur 102. průzkumného praporu a vyškolení obsluh. Přes počáteční mírnou nedůvěru ve schopnosti Havrana v náročných a specifických podmínkách a obavy z bezpečnostních rizik pro jednotku v případě pádu letounu a jeho dohledávání, se podařilo tento typ bezpilotního prostředku zavést do sestav jednotek plnících úkoly v terénu a přizpůsobit jejich taktiku. [21] 43

49 2.8. Vývoj bezpilotních prostředků v 80. a 90. letech 20.století Koncem 80. a v průběhu 90. let začal počet vojenských bezpilotních letadel prudce narůstat. V současné době uţ na světě létá okolo sta typů a minimálně stejně vysoké mnoţství je vyvíjeno. Co je ještě důleţitější, v dnešní době se uţ nejedná pouze o prostředky původem z USA, Ruska, Izraele, či západní Evropy. Řadu typů bezpilotních letadel vyrábí například Čína, Indie, Pákistán, Jiţní Afrika, nebo arabské země. Výroba bezpilotních prostředků i v průmyslově málo rozvinutých zemích je dnes moţná, především díky technickému pokroku a miniaturizaci elektronických součástek v posledních letech. Ještě na počátku 80. let byly pro tyto účely vhodné řídicí a senzorové prvky povaţovány za supermoderní výkřiky technologie, ovšem dnes jde o běţně dostupné a často i poměrně levné součástky. V nedávné době například získaly mediální pozornost íránské bezpilotní prostředky Ababil, které nasadila organizace Hizballáh. Obr. 29 Bezpilotní letoun Ababil, nasazený hnutím Hizballáh v roce 2011 [22] V současnosti je velmi sloţité, stanovit jasnou hranici mezi leteckými modely a jednoduchými bezpilotními stroji. 44

50 3. Rozdělení bezpilotních létajících prostředků: Česká legislativa pokrývá problematiku rozdělení UAV v Doplňku X - BEZPILOTNÍ SYSTÉMY, k předpisu L2. Tento dokument definuje následující pojmy: Následující kapitola cituje Doplněk X [23], pro vyšší přehlednost textu byly vynechány klasické citační znaky. Bezpilotní letadlo (UA) Letadlo určené k provozu bez pilota na palubě. Poznámka: V mezinárodním kontextu se jedná o nadřazenou kategorii dálkově řízených letadel, autonomních letadel i modelů letadel; pro účely tohoto doplňku se bezpilotním letadlem rozumí všechna bezpilotní letadla kromě modelů letadel s maximální vzletovou hmotností nepřesahující 20 kg. (Pozn. Autora: Zkratka UA, definovaná dodatkem X, významově odpovídá běžně používané zratce UAV) Bezpilotní systém (UAS) Systém skládající se z bezpilotního letadla, řídicí stanice a jakéhokoliv dalšího prvku nezbytného k umoţnění letu, jako například komunikačního spojení a zařízení pro vypuštění a návrat. Bezpilotních letadel, řídicích stanic nebo zařízení pro vypuštění a návrat můţe být v rámci bezpilotního systému více. Autonomní letadlo Bezpilotní letadlo, které neumoţňuje zásah pilota do řízení letu. Model letadla Letadlo, které není schopné nést člověka na palubě, je pouţívané pro soutěţní, sportovní nebo rekreační účely, není vybaveno ţádným zařízením umoţňujícím automatický let na zvolené místo, a které, v případě volného modelu, není dálkově řízeno jinak, neţ za účelem ukončení letu nebo které, v případě dálkově řízeného modelu, je po celou dobu letu pomocí vysílače přímo řízené pilotem v jeho vizuálním dohledu. 45

51 Obr. 30 Klasifikace bezpilotních prostředků (AUTOMA 1/2016 [24]) 46

52 3.1. Rozvoj civilních bezpilotních prostředků Historický vývoj UAV, kterým se zabývala předchozí kapitola, je pevně spjatý s jejich vojenským vyuţitím. Díky tomu jiţ byly zásadní typy vojenských UAV zmíněny. Autor by se v této kapitole rád zaměřil na bezpilotní létající prostředky, které jsou určené k civilnímu pouţití. Během posledních deseti let došlo mezi civilními UAV k ohromnému rozvoji. Stalo se tak především díky miniaturizaci palubní elektroniky a vývoji moderních Lithium-Iontových a Lithium-Polymerových akumulátorů. Tyto akumulátory jsou vyvíjeny primárně pro různé smartphony, tablety, note/net/ultra-booky a jiná osobní elektronická zařízení. Li-Pol akumulátory jsou dnes schopny poskytovat kapacitu a proudovou zatíţitelnost, srovnatelnou s Ni-Mh a Ni-Cd akumulátory, při mnohem niţší hmotnosti. [25] Kaţdý článek Li-Pol má navíc vysoké nominální napětí (3,7V). Díky tak vysokému napětí je moţné v některých aplikacích pouţívat monočlánky, coţ vede k další úspoře hmotnosti. Jejich nejnovější konstrukce (NanoTech) jsou navíc schopny, při dodrţení správného postupu nabíjení, dlouhodobě snášet vysoké nabíjecí proudy (aţ 5C). LiPol akumulátory jsou proto ideální pro pouţití v létajících modelech a bezpilotních letounech. Obr. 31 Monočlánky LiPol s kapacitami od 150mAh, do 3500mAh a schéma vnitřní konstrukce LiPol akumulátoru (Elektro TZB [25]) 47

53 Pro vývoj civilních bezpilotních prostředků je také velmi významná masovost výroby komponentů palubního vybavení. Především díky rozvoji osobní elektroniky v posledních letech se z dříve velmi nákladných elektronických součástek stává běţně pouţívané vybavení, které je moţné pořídit s minimálními náklady. Díky tomu se cena palubní elektroniky za posledních 15let, kdy se autor věnuje funkční modelařině, sníţila velmi rapidně. V civilním sektoru se v dnešní době setkáme především s UAV ovládanými dálkově, pomocí radiostanice, případně stabilizovanými pomocí tlakového senzoru výšky a přijímače GNSS signálu. Zcela autonomní drony jsou dnes vzhledem k legislativním omezením vyuţívány především vojensky. Konstrukce dronů s pevným křídlem je v civilní sféře spíše vyjímečná a obtíţně se stanovuje hranice, která tyto prostředky odděluje od modelů letadel. Mezi civilními drony se nejčastěji můţeme setkat s konstrukcemi, které ke generování vztlaku vyuţívají pouze tahu motorů. Tato kategorie bezpilotních prostředků se souhrně nazývá koptéry (copter). Motory u těchto strojů neslouţí pouze ke generování vztlaku, ale UAV také stabilizují. Díky řídící elektronice (vybavené miniaturními gyroskopickými senzory), je pak moţné změnou tahu jednotlivých motorů měnit směr letu a provádět mnohdy sloţitou vzdušnou akrobacii. Koptéry se dále dělí podle počtu pohonných jednotek (PJ). Nejznámější jsou quadrokoptéry (čtyři PJ), ale můţeme se setkat také s hexakoptérou (šest PJ), oktokoptérou (osm PJ) a dalšími n-koptérami. Vzhledem k tomu, ţe odvětví dronů aktuálně zaţívá obrovský boom, brzy se jistě dočkáme mnohem rozmanitějších konstrukcí. 48

54 3.2. Rozdělení civilních bezpilotních prostředků podle použití Kritérií, podle kterých můţeme rozdělovat civilní bezpilotní létající prostředky, je velmi mnoho. Koncepce, Hmotnost, Nosnost, Vytrvalost... UAV se dále dělí na autonomní a dálkově ovládané. Jako nejzákladnější kritérium pro rozdělení bezpilotních prostředků se jeví účel, ke kterému byly zkonstruovány. Vzhledem k prostorovým moţnostem této práce zmiňuje autor v následujících pěti kapitolách pouze několik nejzajímavějších moţností jejich praktického vyuţití. Šestá kapitola pak shrnuje několik úkolů, které by v budoucnosti mohly drony plnit. Seznam následujících kapitol Pátrání a záchranna (SAR) Vědecké využití Doručování Letecké snímkování Rekreační využití Nejnovější koncepce 49

55 3.3. Pátrání a záchranna (SAR) Létající bezpilotní prostředky v současnosti umoţňují bezpečnější, ekonomičtější a díky jejich mobilitě mnohdy také rychlejší formu letecké podpory během pátrání a záchrany. Díky miniaturizaci umoţňuje nesené vybavení snímání velkých ploch a těţko přístupných míst pomocí televizních, termovizních, případně noktovizních kamer v reálném čase. UAV tak umoţňují například záchranu trosečníků na moři, vyhledávání obětí lavin, horolezců, případně paraglidistů na těţko přístupných místech,... K rychlému rozšíření bezpilotních prostředků pro potřeby SAR vedly především jejich podstatně niţší pořizovací a provozní náklady oproti konvenčním prostředkům leteckého průzkumu (helikoptéry, letadla). Bezpilotní systémy jsou navíc při plnění těchto úkolů velmi operativní, protoţe mohou být přenášeny například v batohu a vypuštěny i v terénech, které by byly pro konvenční prostředky nepřístupné. Další výhodou vyuţití bezpilotních prostředků během SAR je jejich nízká hluková stopa, díky které nenarušují záchranné práce tolik jako konvenční stroje. [26] Obr. 32 Nasazení UAV při lavinových záchranných pracích (Aerialtronics [26]) 50

56 Vyuţití bezpilotních prostředků během pátrání a záchrany se ovšem neomezuje pouze na vyhledávání trosečníků a obětí neštěstí. UAV jsou v současnosti schopné poskytnout zachraňovaným také základní pomoc a prostředky pro přeţití. V podmínkách záchrany na moři to mohou být záchranné kruhy, samonafukovací čluny (dinghy), případně balíčky se základními potřebami pro přeţití a usnadnění dohledání trosečníků (fosforeskující značkovací barvy, voděodolné světlice, potraviny pro přeţití...). Současné bezpilotní prostředky, pouţívané pro tyto úkoly záchranými sloţkami ve Švýcarsku a v Itálii, bývají často řešeny jako voděodolné a za určitých podmínek také vodotěsné. Některé typy v současnosti testovaných UAV jsou dokonce schopny provozu pod hladinou, jako bezpilotní ponorky. Uvidíme tedy, jaká vyuţití přinese další vývoj těchto prostředků. Obr. 33 Záchrana pomocí UAV nad vodní hladinou a snímek létajícího dronu, schopného provozu pod vodou (dronelife.com, popularscience.com [27], [28]) 51

57 Úprava rekreačních dronů a modelů pro využití v SAR Zajímavý projekt realizovala skupina studentů King Low Heywood Thomas School of Stamford, US, ve spolupráci s firmou Flying Robots LLC. Zatímco pořizovací náklady na speciální drony pro SAR se pohybují kolem stovek tisíc korun, vyvinul tento tým společnými silami příslušenství pro záchranu tonoucích, jehoţ pořizovací náklady jsou velmi nízké. Toto zařízení můţe být jednoduše připevněno pod širokou škálu sériově vyráběných rekreačních quadrokoptér, případně RC vrtulníků. Tento počin má pracovní název Project Ryptide (Riptide = Silný mořský proud) a v současnosti sbírá finanční podporu na serveru kickstarter.com. Ryptide is a life saving drone accessory that can deliver an automatically inflating life preserver to a swimmer in trouble in seconds. [29] Tento způsob shozu záchranného prostředku by mohl pomoci sníţit nebezpečí, kterému při vykonávání svojí profese čelí plavčíci. Silné mořské proudy totiţ často představují nebezpečí i pro ně samotné. Trained lifeguards rescue more than 10,000 swimmers a year from riptides. However, a rip current is also a danger to the savior. These lifeguards are taking an enormous risk. This can be especially true if a rescue is required on a frozen lake, pond or river. [29] Obr. 34 Ryptide připevněný pod rekreační quadrokoptéru (kickstarter.com [29]) 52

58 Konstrukce nosiče Ryptide je velmi primitivní a šikovný modelář by něco podobného dokázal vyrobit s naprosto minimálními časovými i finančními náklady. Celková hmotnost zařízení s připnutým samonafukovacím záchranným prostředkem je přibliţně 400g. To v praxi znamená, ţe můţe být podvěšen pod většinu středně velkých quadrokoptér poháněných střídavými motory. Příprava tohoto zařízení k letu zabere cca 30 sekund, po jejichţ uplynutí je dron schopen dopravit záchranný prostředek nad plavce v nouzi. Odhad a zaměření pozice zachraňovaného je ze břehu velmi komplikovaný. K určení pozice zachraňovaného a správnému shozu můţe být pouţita malá kamera s přenosem obrazu pomocí wifi. [29] Odhoz samonafukovacího záchranného zařízení je potom proveden pilotem, pomocí stisku tlačítka. Jako aktuátory odhozu jsou pouţita dvě serva, která běţně slouţí k ovládáná náklonu kamery. Obr. 35 Platforma Ryptide pro připevnění a dálkový odhoz složeného samonafukovacího člunu (dronelife.com, popularscience.com [27], [28]) 53

59 3.4. Vědecké využití bezpilotních prostředků Výzkum divoce žijících zvířat Bezpilotní prostředky se díky svým vlastnostem výborně hodí pro pozorování volně ţijících zvířat. Jedním z příkladů můţe být výzkum chování velryb. Vědci z mořského institutu při Oregon State University studují pomocí dronů dlouhodobé chování kytovců. Díky této technologii se jim podařilo nafilmovat, jak se krmí největší tvor naší planety plejtvák obrovský. Obr. 36 Krmící se plejtvák obrovský (Oregon State University [30]) Plejtvák obrovský měří ke třiceti metrům a můţe váţit aţ 200 tun. Aby tuto hmotu rozpohyboval, potřebuje na to velké mnoţství energie. Je neuvěřitelné, ţe největší tvor, který kdy ţil na naší planetě, se ţiví jedněmi z nejmenších obyvatel moří. Totiţ drobnými korýši, souhrnně nazývanými kril. Denně musí pozřít odhadem na 40 milionů těchto tvorečků. [30] 54

60 Díky pozorováním uskutečněným pomocí UAV se ukázalo, ţe lov krilu je překvapivě sofistikovanou činností a s ohledem na hmotnost kytovce, vyţaduje podrobné plánování. Vědci z mořského institutu při Oregonké univerzitě dokázali díky analýze záběrů pořízených z dronu určit, ţe rychlost přiblíţení plejtváka k jeho kořisti se mění v závislosti na velikosti hejna krilu. Průměrně se pohybuje okolo 10km/h. Ve chvíli kdyţ otevře svou ohromnou tlamu, dojde k výraznému zpomalení jeho pohybu, které je v průměru kolem 3km/h. [30] Mořští biologové právě způsob pastvy plejtváků velmi pečlivě sledují a analyzují. Z analýzy získaných dat zjistili, ţe kdyţ před sebou plejtvák uvidí hejno krilu, nejprve odhadne jeho velikost. Pokud není velikost hejna dostatečná, nestojí velrybě za vynaloţené úsilí. [30] Podle údajů zveřejněných na internetových stránkách Oregonské univerzity, umoţnily pořízení kvalitních dat a záběrů aţ drony. Tyto materiály potom vedly k lepšímu pochopení sofistikovanosti tohoto chování. It s hard to get good footage from a ship, and planes or helicopters can be invasive because of their noise. The drone allows us to get new angles on the whales without bothering them. [30] Vezmeme-li v úvahu hmotnost kytovce, která se pohybuje kolem 200 tun, je jasné, ţe opětovné urychlení jeho těla na běţnou cestovní rychlost (cca 30km/h) bude vyţadovat ohromné mnoţství energie. Kaţdá pastva na hejnu krilu tedy musí být dostatečně energeticky výnosná na to, aby se plejtvákovi vůbec vyplatila. [30] 55

61 Opylování pomocí dronů Se zajímavým způsobem vyuţití bezpilotních prostředků přišli vědci z National Institute of Advanced Industrial Science and Technology in Japan. Je jím opylování květin a stromů pomocí dronů. Člověk svou činností velmi zasahuje do fungování ekosystémů a porušuje tak extrémně sloţité vazby v nich. Tyto vazby se vyvíjely po miliony let a lidé byli zatím schopni odhalit jen jejich velmi nepatrné procento. Jednou ze základních vazeb v ţivočišné říši je spojení rostliny a jejího opylovače. Současných úbytek hmyzu, který je schopný opylovat rostliny, je tedy jedním ze závaţných ekologických problémů současnosti. 90% rostlin, které se rozmnoţují pomocí květů a přibliţně 30% rostlin, které jsou člověkem přímo pěstovány ke konzumaci, závisí při své reprodukci na opylovačích. [31] Pollinators around the world are in trouble: A recent report puts 40% of the smallest ones like butterflies and bees at risk of extinction. [31] Jen v roce 2016 uhynulo v USA 42% divokých včelích kolonií. Tento úhyn je dán kombinací několika faktorů. Nejdůleţitějšími jsou: nadměrné pouţívání pesticidů, změna klimatu, ztráta přirozeného ţivotního prostředí a patogeny přenášené blechami. Ţádná technika přenosu pylu, během níţ se člověk snaţil simulovat opylování hmyzem, nepřinesla zatím uspokojivé výsledky. To combat an environmental catastrophe waiting to happen, people have been trying to find pollinating replacement techniques for humans. Some solutions include manually pollinating flowers with a brush or using spray machines. [31] Problém klesající populace opylovačů přitáhl pozornost Japonských přírodovědců a chemiků. Jejich výzkum se zaměřil na moţnost vyuţití nejmenších dronů, jako umělých opylovačů. Cílem jejich výzkumu by měla být konstrukce hejn malých dronů, které budou schopny autonomně opylovat různé druhy rostlin. Nejde jim při něm o úplné nahrazení přírodních opylovačů, snaţí se pouze zmírnit dopady jejich vymírání, které se člověku zatím nedaří zpomalovat. 56

62 Praktické testy během tohoto výzkumu byly prováděny s jednou z nejmenších rekreačních quadrokoptér Cheerson CX-10. Pořizovací cena této miniaturní quadrokoptéry se v současnosti pohybuje kolem 12dolarů. Na tohoto drona byl připevněn prouţek chlupů, vyrobený z koňských ţíní. Tento pruh byl vědci napuštěn lepkavým gelem (ILG - Ionic Liquid Gel), který by měl zajistit opylení, bez nebezpečí kontaminace pylových zrnek. Obr. 37 Opylovací drony (sciencemag.org [31]) With enough practice, the scientists were able to maneuver the remote-controlled bot so that only the bristles, and not the bulky body or blades, brushed gently against a flower s stamen to collect pollen [31] Obr. 38 Vizualizace opylování lilie pomocí dronu ( [31]) 57

63 3.5. Doručování Přeprava transplantační krve Zavádění moderních technologií do běţného ţivota, bývá většinou spojováno s ekonomicky a technicky vyspělými zeměmi. Zástupci Rwandy, malé země ve střední Africe, se však vzhledem k rozsáhlým vzdálenostem mezi osídlenými oblastmi rozhodli, uvést do praxe převoz transplantační krve pomocí dronů. Za tímto účelem kontaktovali v roce 2014 firmu Zipline International Inc., se sídlem v San Francisku, která se specializuje na doručování pomocí dronů. Tato firma dodala potřebnou technologii a vycvičila místní personál. V červnu 2015 začala provozovat dodávky transplantační krve pomocí bezpilotního letounu. [32] Tento bezpilotní letoun je poháněn dvojicí elektromotorů s vrtulemi v tlačném uspořádání, které mu zajišťují dolet aţ 120km. Většina jeho letu probíhá autonomě, za vyuţití satelitní navigace. Letoun má udávanou vzletovou hmotnost 10kg, při uţitečném zatíţení 1,6kg. Uţitečné zatíţení je shazováno na padáku z vnitřní pumovnice. Malý kontejner typicky obsahuje 1l transplantační krve. K odhozu uţitečného nákladu slouţí pneumatický systém, vyuţívající nádobky se stlačeným vzduchem. [32] Partnering with the Government of Rwanda, Zipline serves 21 hospitals nation-wide. We provide instant access to lifesaving blood products for 8 million Rwandans. [32] Obr. 39 Bezpilotní letoun pro přepravu transplantační krve (zipline.net [32]) 58

64 Létající mobilní defibrilátory Jednou z posledních inovací ve vyuţití dronů pro záchranu lidského ţivota je projekt létajících defibrilátorů. Koncept tohoto systému byl vyvinut Alecem Momontem, tehdy ještě studentem Delft University of Technology v Nizozemsku. Jeho projekt zvítězil v jednom z ročníků soutěţe Drones For Good v UAE. Firma, kterou z peněz získaných v soutěţi zaloţil, se specializuje na aplikaci nejmodernějších technologií do praxe. [33] With Drones For Good I set out to change the negative perception of drones. The idea has been very warmly welcomed all over the world and reached over 200 million people. One of the concepts that embodies this idea is the "Ambulance Drone" - a high speed emergency network of drones that save lives. [33] Obr. 40 Simulované poskytnutí první pomoci pacientovi (alecmomont.com [33]) 59

65 "Ambulance Drone" nese na palubě jednoduše pouţitelný defibrilátor, který je schopen doručit ve zlomku času, oproti klasickým záchranným sloţkám. Čas je při tom pro pacienta, umírajícího na infarkt myokardu, naprosto kritický. Effectiveness diminishes by 10 percent for every minute that passes by before the implication of the defibrillation. [33] Momont na svých stránkách dále zmiňuje, ţe zatímco běţné ambulanci trvá příjezd na místo zásahu v průměru 15minut, létajícímu defibrilátoru by k tomu měl stačit zlomek času. The time taken to receive a person with severe cardiac arrest is often a deciding factor between the life and death. If the person is untrained then it became tricky to operate public defibrillators. He decipher the situation and came out with an idea of removing this difficulty by constructing a drone specifically for the scenario. [33] Systém, zaloţený na létajících defibrilátorech, by měl fungovat následovně. Po tom, co se pacient, případně osoba poblíţ pacienta, vykazujícího symptomy infarktu dovolá na tísňovou linku, je operátorem lokalizován. Následně je vyslán "Ambulance Drone", jehoţ přílet na místo události probíhá autonomně. Obr. 41 Složený létající defibrilátor (alecmomont.com [33]) 60

66 Přistání prostředku na místě zásahu potom provede operátor pomocí údajů z palubních kamer. Prostředek po přistání automaticky sloţí ramena s motory podél trupu. Je tak připraven k přenosu k pacientovi. Obr. 42 Složený létající defibrilátor připravený na přenesení k pacientovi (alecmomont.com [33]) Operátor bezpilotního prostředku celou záchrannou akci sleduje z řídícího střediska a její průběh můţe korigovat. Navíc pomocí implementovaných kamer, reproduktoru a mikrofonu je schopen přímo komunikovat se zachraňovaným, jeho pomocníkem a případně jejich okolím. [33] Můţe tak velmi efektivně řídit průběh záchrany pacienta a opravovat případné chyby, jichţ se účastníci záchrany dopouštějí. 61

67 Spedice Současná technologie je uţ na takové úrovni, ţe umoţňuje zcela autonomní doručování zásilek, za pomoci autonomních bezpilotních letounů. Tento koncept nicméně ve většině států zatím naráţí na legislativní omezení. Pro zajištění této sluţby by zřejmě bylo nutné zřídit zvláštní vzdušný prostor, aby nedocházelo k ohroţení letového provozu. Následující společnosti se dlouhodobě zabývají vývojem konceptů a specializovaných bezpilotních létajících prostředků pro autonomní doručování. Některé z nich jsou zatím ve stádiu vývoje a prvních letových zkoušek, zatímco jiné uţ v některých odlehlých oblastech poskytují tyto sluţby prakticky pravidelně. Zřejmě největšího pokroku v tomto odvětví zatím dosáhla společnost DHL. Její bezpilotní systémy jsou uţ v současnosti schopny začlenění do běţného provozu a v některých částech světa uţ dokonce poskytují pravidelné spediční sluţby. Obr. 43 Quadrokoptéry testované jako stroje pro spediční účely [34] 62

68 Společnost DHL Na vývoj systému autonomního doručování zásilek pomocí dronů se tato společnost začala zaměřovat v roce V roce 2013 představila DHL tento koncept veřejně, kdyţ její Parcelcopter první generace provedl dodávku léků ve městě Bonn z jednoho břehu Rýna na druhý. Společnost DHL získala jako první v Evropě oprávnění pro autonomní lety doručovacích dronů v roce Na tomto základě započala s pilotním projektem pravidelné dodávky léků a drobného zboţí na ostrov Juist v Německu, jehoţ vzdálenost od pobřeţí je cca 10 km. Tento pilotní projekt byl prvním v Evropě, během něhoţ operovalo bezpilotní letadlo bez přímého vizuálního kontaktu pilota a při plnění skutečného úkolu. Projekt dostal pro tyto účely vyhrazenou speciální bezletovou zónu. [35] V roce 2016 dokončila DHL tři měsíce trvající test třetí generace plně automatizovaného a velmi komplexního doručovacího systému, který na rozdíl od předchozích dvou generací nevyuţívá pro doručování autonomní quadrokoptéry, ale dvoumotorové bezpilotní konvertoplány s otočnými křídly. Oproti druhé generaci se zvýšila hmotnost uţitečného zatíţení, které je tento stroj schopný unést. Zatímco u druhé generace Parcelcopteru byla PL omezena na 1,2 kg. Třetí generace je schopná unést zásilku o maximální hmotnosti 2kg. Zároveň se také přibliţně zdvojnásobila rychlost letu. [35] Obr. 44 Parcelcopter druhé a třetí generace (DHL [35]) 63

69 Obr. 45 Vývojové fáze Parcelcopteru společnosti DHL (DHL [35]) 64

70 Systém Parcel Copter 3 Systém PC3 funguje v kombinaci s poštovní schránkou ve speciálním heliportu, který zároveň slouţí pro uloţení transportních kontejnerů se zásilkami. Tento systém dokáţe automaticky naloţit zásilku na bezpilotní prostředek a poté ji z něj znovu vyloţit. Doručená zásilka je pak připravena k vyzvednutí adresátem ve výdejní schránce, která je také součástí heliportu Tento systém je určen především k obsluze vzdálených a špatně přístupných oblastí. Během testovacího provozu bylo dle DHL úspěšně splněno 130 doručení s vykládkou a nakládkou zásilky. Kaţdá cesta byla dlouhá přibliţně 8 km a trvala 8 minut, při průměrné rychlosti 70 km/h. Při běţném způsobu doručení, zabere tato cesta v zimě přibliţně 30 minut. Parcel Copter 3 se během těchto testů musel potýkat s nepříznivými povětrnostními podmínkami a nadmořskou výškou 1200m AMSL. [35] Konstrukčně je Parcel Copter 3 řešen jako konvertoplán s vertikálním vzletem a přistáním. Po vzletu přechází otočením křídla s rotory do reţimu letounu s pevnou nosnou plochou. Obr. 46 Parcel Copter 3 (DHL [35]) 65

71 Google Firma Google investovala od roku 2012 nemalé finanční prostředky do vývoje bezpilotních letounů pro doručování zásilek. Výsledkem jejich vývoje bylo představení konceptu bezpilotního prostředku, který nese název Project Wing v roce Většina technických údajů tohoto prostředku je nicméně tajena a Google zatím na veřejnost neventiloval ţádné bliţší údaje technického charakteru, které by se týkaly tohoto projektu. [36] Projekt WING vznikal v tajnosti ve vývojovém centru firmy Google, zvaném X Labs. Původně byl určen pro rychlé doručování defibrilátorů pacientům s podezřením na infarkt myokardu. [38] The original concept behind Project Wing which has been in development for more than two years was to deliver defibrillators to heart attack sufferers within two minutes. [36] Tento cíl byl ovšem během vývoje letounu opuštěn, kvůli špatné kompatibilitě takového prostředku se stávajícím způsobem uspořádání nouzové linky 911 a návazných záchranných sloţek. [38] Pozornost konstruktérů se tedy přesunula do sféry kaţdodenních doručovacích sluţeb, poskytování humanitární pomoci během ţivelných katastrof a doručování zásilek do těţko přístupných míst. Obr.47 Project Wing představený Googlem v roce 2014 (businessinsider.com [36]) 66

72 Obr. 48 Řada prototypů UAV Project WING (pocket-lint.com [37]) Obr. 49 Spouštění zásilky na navijáku, zatímco prostředek je ve visu, během prvního autonomního doručení v roce 2014 (Google Project Wing [38]) 67

73 V lednu 2016 si Google nechal patentoval automatický systém doručování zásilek do mobilního zařízení, které provádí jejich konečné doručení po zemi. UAV v tomto patentu tedy plní pouze funkci jakéhosi mezičlánku mezi skladem zboţí a mobilním pozemním prostředkem, jakýmsi automatickým pošťákem. The drones would lower packages to the ground using a winch. A patent filed October 2014 outlines how robots on wheels could then take these packages and deliver them. [38] Doručení uskutečněné podle tohoto patentu by tedy mohlo probíhat následovně: 1) UAV přistane na střeše skladu a vyzvedne zásilku 2) UAV se spojí s centrálou, která mu předá informace o současné poloze mobilního pozemního prostředku, který se aktuálně vyskytuje nejblíţe adresátovi 3) UAV se spojí s daným pozemním prostředkem, doletí na jeho pozici a předá mu zásilku 4) Mobilní pozemní prostředek provede doručení zásilky adresátovi V současnosti ovšem není jasné, zda se Google chystá tento systém uvést do praxe v podobě, v jaké je patentovaný. Začátkem srpna 2016 nicméně dostal projekt WING podporu od Bílého domu. Vláda USA se tak snaţí urychlit vývoj civilní a komerční aplikace dronů a na podporu tohoto odvětví se rozhodla vyhradit okolo dolarů. FAA uţ dokonce ve vzdušném prostoru USA vyčlenila šest oblastí, které jsou určeny právě pro testování dronů. Těm je zde povoleno létat i mimo přímý vizuální kontakt. [38] Google se dále zabývá vývojem elektronického vybavení pro bezpilotní prostředky, které by sluţbám ATC a okolnímu provozu poskytovalo podobné výstupy, jako odpovídače sekundárního radaru ve skutečných letadlech. 68

74 3.6. Letecké snímkování Letecké snímkování je v současnosti asi nejrozšířenějším způsobem pouţívání civilních bezpilotních prostředků. Pole vyuţití leteckých snímků pořizovaných drony je velmi široké a díky niţším provozním nákladům, uţ tyto prostředky ve velké míře nahradily běţně pouţívaná letadla, případně vrtulníky. Na druhou stranu, s ohledem na v ČR platnou legislativu, jsou bezpilotní prostředky schopné pořizovat snímky maximálně do výšky 300m AGL (viz. doplněk X) Profesionální firmy Profesionální firmy často vyuţívají bezpilotní prostředky pro zajištění následujících leteckých prací Výškové inspekce V této oblasti drony často nahrazují vysokozdviţné plošiny, případně vrtulníky. Bezpilotní prostředky jsou bezpečnější a často také efektivnější alternativou pro provádění inspekcí v těţko dostupných lokalitách (např.: větrné elektrárny, vedení vysokého napětí, vysílače...). Výstupem takové inspekce běţně bývají fotografie a 4K videa z TV kamer. Případně foto a video výstupy ze speciálních termokamer, které mohou slouţit například k analýze tepelně-izolačích vlastností budov Geo služby Letecké mapování, kontrola dodrţování územního plánu, 3D mapy, ortofoto... Obr. 50 GEO služby - ortofoto, tepelná anylýza... (landofdrones.com [40]) 69

75 Letecké video Profesionální firmy jsou uţ několik let schopné s pomocí UAV natočit špičkové letecké záběry. Vyuţívají k tomu speciálních dronů, jejichţ pořizovací náklady se pohybují ve stovkách tisíc korun. Jejich provozní náklady jsou ovšem minimální. Ve srovnání s pořizovacími a provozními náklady vrtulníku, jsou to pak zanedbatelné částky.. Naše videa vypadají stejně, jako ta natočená z helikoptéry. Pouze samotná výroba je desetkrát levnější. [40] Fotografie Letecké fotografování díky dronům získalo nový rozměr. Profesionální stroje jsou schopné unést nejmodernější zrcadlovky a s jejich pomocí pořizovat fotografie, které jsou díky niţším vibracím mnohdy kvalitnější, neţ jaké je moţné pořídit z vrtulníku. Na následujícím obrázku je profesionálně pouţívaná okto-koptéra SkyhawkRC-F900, vybavená zatahovacím podvozkem (pro nerušený záběr do všech směrů). Gimbal se třemi stupni volnosti v podvěsu nese profesionální fotoaparát. Hřibovitá anténa, která nápadně vyčnívá z její konstrukce, je přijímač GNSS signálu. Pořizovací cena tohoto stroje (bez gimbalu a fotoaparátu), se pohybuje kolem Kč. Obr. 51 Profesionální oktokoptéra SkyhawkRC-F900 (aliexpress.com [41]) 70

76 3.7. Rekreační využití V posledních několika letech se objevují UAV, určená pouze pro zábavu. Trendem mezi modely letadel a rekreačními bezpilotními létajícími prostředky, jsou v současnosti většinou hotové sety. Tyto sady jsou dodávané jiţ od výrobce zcela naprogramované a připravené k letu. Často bývají prodávány včetně vysílače. V případě strojů určených výrobcem pro letecké snímkování a FPV, bývají vybaveny kamerovou výstrojí a různými zařízeními pro přenos kamerového signálu v reálném čase. Pořizovací náklady na takové sety hotových modelů se pohybují od několika stokorun do desítek tisíc. Záleţí především na typu dronu, jeho výkonech a kvalitě pouţitých komponentů. Obr. 52 Komerčně dostupné rekreační a poloprofesionální modely (Hobby King[39]) 71

77 Skutečnost, ţe je v současnosti široce dostupné takové mnoţství sofistikovaných létajících hraček s sebou bohuţel přinásí mnoho potenciálních rizik. Navíc můţe vyvolávat negativní pohled veřejnosti, na létání s dálkově řízenými stroji. Pokud si například úplný laik, bez předchozích zkušeností, pořídí jako první létající stroj vysoce výkonný dron. Nedostane se mu ţádného poučení od prodejce, protoţe například nakoupil přes internet. Návodu nevěnuje dostatečnou pozornost, případně upozornění v něm obsaţená ignoruje. S prostředkem létá v blízkosti osob a majetku. Často si navíc ani neuvědomuje, ţe se dopouští protizákonného jednání. Tento způsob chování logicky dříve, nebo později, povede k ohroţení zdraví a majetku třetích osob. Případně také k právním postihům vůči takovému jedinci. Co je ovšem horší, vyvolává takové chování špatné veřejné mínění a vede ke zpřísňování předpisů, které ovšem ve finále omezují především uvědomělé uţivatele. Tento příklad je pochopitelně nejhorší moţnou variantou chování a autor věří, ţe většina majitelů těchto strojů by se něčeho podobného nedopustila. Nicméně bohuţel uţ se s takovým přístupem ve své modelářské praxi setkal. Na druhé straně existuje ještě poměrně silná skupina pravověrných modelářů, kteří si své stroje z různých důvodů raději staví od základu sami, pouze s vyuţitím profesionálně vyráběných komponentů palubní elektroniky. Případně vyuţívají za základ pro stavbu svých strojů stavebnice a polotovary, které mají v nabídce modelářské firmy. Následující kapitoly zmiňují několik zajímavých způsobů rekreačního vyuţití dronů. 72

78 Rekreační letecké snímkování Současná generace nejdraţších rekreačních dronů určených pro AP, uţ je schopna profesionálním strojům velmi dobře konkurovat. Příkladem mohou být špičkové výrobky firmy DJI, které jsou právem povaţovány za vrcholné představitele rekreačních a poloprofesionálních UAV. Jejich pořizovací ceny ovšem těmto kvalitám odpovídají Jedním z nejlepších rekreačních dronů současnosti je stroj DJI Mavic Pro. Jeho pořizovací cena se pohybuje okolo Kč. DJI Mavic Pro je malý, přesto výkonný dron. Kompaktní schránka uchovává vysoce komplexní technologii, která z Mavic Pro dělá doposud nejsofistikovanější létající kameru DJI. 24 výkonných výpočetních jader, zcela nový systém pro přenos s dosahem až 7 km, 5 optických senzorů a 4K kamera s tříosým stabilizovaným závěsem čekají na váš povel, stačí stisknout tlačítko nebo poklepat na displej. [42] Obr. 53 DJI Mavic Pro (obchodsdrony.cz [42]) Jedna z nejzajímavějších technologií, kterou má tento UAV implementovánu, je výrobcem nazývána Flight Autonomy. Jedná se o systém, který díky 5 optickým senzorům, dokáţe autonomně rozpoznávat překáţky aţ do vzdálenosti 15m. Díky tomu je dron můţe obletět, případně se před nimi zastavit a viset na místě. [42] 73

79 Díky vestavěným senzorům je také schopen lépe udrţovat svou polohu v prostoru. Tato poloha je běţně stabilizována pomocí satelitní navigace. Pokud se tedy dron dostane do místa bez příjmu signálu ze satelitů, není schopen přesného polohování pomocí GPS. Díky vyhodnocení signálu z předních a spodních optickými senzorů, je toho však schopen. Mavic tak můţe přesně viset a pohybovat se i uvnitř budov, případně na místech bez příjmu signálu GNSS. [42] Další zajímavou funkcí je tzv. Active Track. V tomto módu je Mavic schopen následovat člověka, jehoţ tvář byla při iniciaci rozpoznána. Je tedy moţné odloţit vysílač a vyuţívat drona pro dnes tolik populární selfie záběry, během různých aktivit. Nepotřebujete filmový štáb když používáte Mavica, protože vše co potřebujete je ActiveTrack. Stačí označit toho, koho chcete natáčet a ActiveTrack se postará o zbytek, můžete tak natáčet jako profesionál. [42] Některé módy dokonce umoţňují ovládání drona pouze pomocí gestikulace rukou. Když je Mavic ve vzduchu a vy jste v záběru, vše co potřebujete pro pořízení momentky je jednoduché gesto. S Mavicem v módu Gesta si tak můžete pořídit unikátní selfie. [42] Schopnosti rekreačních bezpilotních prostředků pro letecké snímkování se budou v následujících letech jistě stále více přibliţovat schopnostem profesionálních strojů. Jedním z cílů jejich výrobců je také miniaturizace těchto strojů, aby bylo moţné je jednoduše přenášet v kapse a vyuţít je tak prakticky kdekoli (s ohledem na legislativní omezení). 74

80 Létání FPV FPV First Person View (létání z pohledu první osoby) je trendem, který se mezi modely letadel a koptérami začal prosazovat přibliţně od roku Do širokého povědomí se ovšem dostává aţ v posledních několika letech. Přenos signálu z modelu se obyčejně realizuje pomocí wifi. K jeho zobrazení potom postačí libovolný smartphone, případně tablet. Sofistikovanějším způsobem zobrazení jsou speciální brýle, které dovedou zobrazovat trojrozměrný obraz a umoţňují tak pilotovi snazší orientaci v prostoru a odhad vzdáleností. Následující obrázek ilustruje způsob pilotáţe pomocí 3D brýlí a několik typů komerčně dostupných bezpilotních strojů pro FPV. Nejčastěji to bývají quadrokoptéry, můţeme se ovšem setkat také s modely letounů různé koncepce. Zajímavý je způsob výnosu obrazu do 3D brýlí. Některé systémy umoţňují zobrazení telemetrických údajů, které získávají data od palubní řídící jednotky. Zobrazení ve 3D brýlích potom připomíná HUD, pouţívaný u skutečných letounů. Obr. 54 FPV quadrokoptéra, samokřídlo, letoun a výnos do brýlí (Hobbby King [39]) 75

81 Závodění s drony Od létání FPV byl uţ jenom krok ke vzniku nové kategorie, kterou jsou závodní drony. Rychlý sportovní dron je vybaven kamerou, podobně jako stroje pro FPV. Její obraz ovšem musí být přenášen s menším zpoţděním, aby pilotovi umoţňoval manévrování ve vysokých rychlostech (aţ 150km/h). Během závodů jsou vytyčeny tratě, které obsahují povinné brány a pylony. Cílem potom samozřejmě je, proletět danou trať co nejvyšší rychlostí a porazit tak soupeře. Jedná se o velmi adrenalinový sport, který ale potenciálně můţe být také dost nebezpečný. Zvláště pak kategorie Unlimited, kde létají stroje s hmotností do 0,91kg. Důleţité je proto pečlivé zajištění závodní trati a prostorů pro diváky. Ovšem piloti těchto strojů také potřebují před závodem pravidelně trénovat. Málokdo má k dispozici uzavřenou a zabezpečenou závodní trať. Jedním ze způsobů, jak sníţit nebezpečnost této kategorie, je sníţení hmotnosti závodních strojů. Díky miniaturizaci elektroniky a kamerového vybavení, je dnes moţné postavit závodní koptéry s hmotností okolo 20g. S těmito stroji (označovanými Micro racers) je pak moţné trénovat reflexy prakticky kdekoliv. Obr. 55 Micro závodní drony (oscarliang.com [43]) 76

82 3.8. Nejnovější koncepce Přeprava osob Čínský výrobce dronů, společnost Ehang, představil dron pro osobní přepravu. Na veletrhu spotřební elektroniky CES 2016 v Las Vegas, přivezl prototyp oktokoptéry, nesoucí název Ehang 184. Společnost stroj označuje jako Personal Flying Vehicle (PFV) a sériová verze by měla být schopná unést jednu dospělou osobu (max 100 kg). Její dolet (při MTOM 184kg) by měl činit 16 km a vytrvalost letu by měla být aţ 23 minut. Maximální cestovní rychlost by se měla pohybovat kolem 100km/h. [44] The prototype model at CES 2016 features a carbon fiber epoxy composite body and aluminum alloy frame with four arms and eight electric propellers to offer 142 hp of effective lifting power. the battery pack holds 14.4 kwh of energy and takes as long as four hours to charge. [45] Obr. 56 Bezpilotní prostředek pro osobní dopravu Ehang 184 (ehang.com [45]) 77

83 Řízení stroje by mělo být plně automatické. Volbu trati bude moţné zadávat pomocí dotykového displeje. Cestující si tak jednoduše naprogramuje, kam si přeje letět. Autopilot s integrovaným satelitním navigačním systémem, se pak postará o zbytek. Displej během letu funguje jako pohyblivá mapa a dále můţe zobrazovat údaje o rychlosti, výšce, aktuální poloze, energetické zásobě v bateriích, proudových odběrech motorů... [44] Nicméně vzhledem ke koncepci prostředku, by tyto údaje byly spíše informativní povahy. The 12-inch touchscreen display simplifies destination selection with an automated flight system that will take over and manage tasks such as air traffic communication, obstacle avoidance, and navigation. The onboard computer will consistently select the quickest and safest path between the current location and the destination. [45] Výrobce Ehang na svých stránkách tvrdí, ţe E184 je konstruován jako plně zálohovaný prostředek. Jeho koncepce dvojité quadrokoptéry, by mu měla propůjčovat vysokou bezpečnost. Díky ní by totiţ měl být schopen bezpečného letu a vynuceného přistání i po vysazení jednoho z motorů. V případě jakékoliv poruchy, by měl dron aktivovat systém FAIL SAFE. Začít se vznášet na místě a na základě analýzy okolí, pomocí palubních televizních a termovizních kamer, vyhledat bezpečné místo pro přistání. Tento koncept má před sebou ještě velmi dlouhou cestu do reálného provozu a stav, v jakém je zatím prezentován, nevzbuzuje v autorovi příliš důvěry. 78

84 Biologická ochrana letiště Vzhledem k ohroţení provozu které představují ptáci, pro vzlétající a přistávající letadla, mají mezinárodní letiště zajištěnou biologickou ochranu. Tato ochrana cílí na sníţení pravděpodobnosti výskytu ptactva v perimetru letiště. Sniţuje se tak pravděpodobnost střetu letadel s ptáky (bird strike). K odhánění ptáků z okolí letiště se dnes většinou pouţívají pyrotechnické prostředky, akustické metody (pouštění nahrávek hlasů dravých ptáků) a sokolníci se zvláště vycvičenými dravci. Česká a zahraniční letiště by před ptactvem a zvěří mohly v budoucnu hlídat drony využívající hlasy dravců. S nápadem, který vyhrál národní kolo soutěže European Satellite Navigation Competition 2015, přišel Ladislav Bartuška z katedry dopravy a logistiky Vysoké školy technicko ekonomické v Českých Budějovicích (VŠTE). [46] Tato koncepce kombinuje některé dosavadní metody (například akustické odhánění ptactva) s mobilitou dronu. Speciální UAV by měl být vybaven softwarem pro částečně autonomní řízení, v reakci na pohyb ptactva v jeho okolí. Díky technologii GNSS by měly být drony schopny spolupracovat navzájem v rámci zabezpečovaného prostoru, aniţ by došlo k ohroţení letového provozu. [46] Každý bezpilotní prostředek bude mít navíc na palubě kameru, která zároveň umožní monitorovat ostatní bezpečnostní parametry v okolí letiště. Lze tak zamezit i narušení letového provozu jinými civilními drony. [46] Další funkcí, kterou by tyto drony mohly zajišťovat, je zabezpečení perimetru letiště před pozemním narušitelem. Obr. 57 Koncept hexakoptéry pro odhánění ptactva (Deník Právo [46]) 79

85 Záchranné práce v náročném interiéru Unikátní konstrukce dronu pro SAR, výrobek Švýcarské firmy Flyability, vyhrála hlavní cenu v soutěţi Drones for Good contest 2015, konané ve Spojených Arabských Emirátech. UAV Flyability vyuţívá unikátní coaxiální dvoumotorové konstrukce, která je umístěná v kardanově rámu s kulovou mříţí, tvořící jeho ochranný obal. [47] Like other drones, Gimball offers incredible maneuverability, but the design here is unique. Surrounded by a geodesic cage which makes Gimball look a little like a flying gyroscope, the rugged framework keeps the drone itself safe from collisions whilst also protecting humans in the vicinity. [47] Mezi unikátní vlastnosti tohoto dronu, které jsou dány jeho koncepcí, patří schopnost operovat v interiéru i exteriéru. Díky ochranné kleci je schopen pohybu ve stísněných prostorách a ve velmi členitém terénu, který by byl pro ostatní prostředky zcela nepřístupný. Klec ho navíc činí velmi odolným proti nárazu a prakticky neumoţňuje zranění osob, které by s ním během záchranných operací mohly přijít do kontaktu. Obr. 58 Let prostředku Gimball skrz ledovou průrvu (designboom.com [47]) 80

86 Obr. 59 Konstrukce dronu Gimball (designboom.com [47]) 81

87 4. Předpisová základna: Vzhledem k současnému značně dynamickému vývoji tohoto odvětví musí být tvůrci předpisů, týkajících se bezpilotních prostředků, schopni velmi pruţně reagovat. Předpisová základna pro provoz dronů zahrnuje : Mezinárodní letecké předpisy Zákon o civilním letectví s příslušnými prováděcími vyhláškami Předpisy související s vyuţitím rádiového spektra Zákon o ochraně osobních údajů (pokud je dron vybaven kamerou/fotoaparátem) S ohledem na prostorové moţnosti této práce se autor v dalších kapitolách zaměří především na jeden z doplňků k předpisu L2 Pravidla létání. Je jím doplněk X BEZPILOTNÍ SYSTÉMY. Tento dokument totiţ představuje nejzásadnější legislativní rámec pro létání s drony Doplněk X - BEZPILOTNÍ SYSTÉMY Následující kapitola cituje Doplněk X [23], pro vyšší přehlednost textu byly vynechány klasické citační znaky. Kapitola předkládá souhrn několika nejzásadnějších částí tohoto doplňku, číslování kapitol a obrázků je zachováno dle originálu. Pro zvýšení přehlednosti jsou nejdůleţitější zásady pro praktické létání zvýrazněny tučně. 3. Bezpečnost 3.1 Let bezpilotního letadla smí být prováděn jen takovým způsobem, aby nedošlo k ohrožení bezpečnosti létání ve vzdušném prostoru, osob a majetku na zemi a životního prostředí. 82

88 4. Dohled pilota S výjimkou, kdy ÚCL povolí jinak, musí být bezpilotní letadlo provozováno v přímém dohledu pilota, tj. takovým způsobem a do takové vzdálenosti, aby: a) pilot během pojíţdění a letu mohl udrţovat trvalý vizuální kontakt s bezpilotním letadlem i bez vizuálních pomůcek jiných neţ brýle a kontaktní čočky na lékařský předpis b) pilot, nebo kromě pilota i poučená osoba, mohl sledovat a vyhodnocovat dohlednost, překáţky a okolní letový provoz. 5. Odpovědnost 5.1 Za provedení bezpečného letu, včetně předletové přípravy a kontroly, je odpovědná osoba, která bezpilotní letadlo dálkově řídí (bez ohledu na úroveň automatizace systému řízení letu) nebo v případě modelu letadla s maximální vzletovou hmotností do 20 kg, který není dálkově řiditelný, osoba, která jej vypustila do vzdušného prostoru (pro účely tohoto doplňku dále jen pilot ). 5.5 Za zachování letové způsobilosti bezpilotního systému je odpovědný jeho vlastník. 6. Ukončení letu 6.1 Bezpilotní letadlo musí a model letadla s maximální vzletovou hmotností 0,91 kg až 20 kg by měl pilotovi umožnit za okolností, které by mohly vést k ohrožení dle ust. 3, zasáhnout do průběhu letu nebo let ukončit. 6.4 Použití automatických systémů řízení letu nezbavuje pilota odpovědnosti za bezpečné provedení celého letu. 83

89 7. Prostory 7.1 Nepovolí-li ÚCL jinak, smí být let bezpilotního letadla a/nebo modelu letadla prováděn jen v následujících prostorech: a) ve vzdušném prostoru třídy G (viz obrázek 1); b) v letištní provozní zóně (ATZ) neřízeného letiště na základě splnění podmínek stanovených provozovatelem letiště a na základě koordinace s letištní letovou informační službou (dále jen AFIS), se stanovištěm poskytování informací známému provozu nebo s provozovatelem letiště, není-li AFIS nebo poskytování informací známému provozu zajištěno. Nad vzdušným prostorem třídy G lze v ATZ lety provádět jen pokud se poskytuje AFIS nebo je zajištěno poskytování informací známému provozu. Let bezpilotního letadla anebo modelu letadla s maximální vzletovou hmotností do 0,91 kg může být prováděn v ATZ i bez koordinace, avšak pouze do výšky 100 metrů nad zemí a mimo ochranná pásma daného letiště (viz obrázek 1) Obr. 60 Provoz v ATZ a prostorech G a E (Doplněk X [23]) 84

90 c) v řízeném okrsku (CTR a MCTR) letiště do výšky 100 metrů nad zemí, s výjimkou povolení příslušného stanoviště řízení letového provozu a v horizontální vzdálenosti větší než m od vztažného bodu řízeného letiště, s výjimkou, kdy tak povolí ÚCL nebo v případě leteckých prací a leteckých veřejných vystoupení na základě koordinace s příslušným stanovištěm řízení letového provozu a provozovatelem letiště. Let bezpilotního letadla a/nebo modelu letadla s maximální vzletovou hmotností do 0,91 kg můţe být prováděn v řízeném okrsku bez koordinace i v menší vzdálenosti od letiště, avšak pouze do výšky 100 metrů nad zemí a mimo ochranná pásma daného letiště (viz obrázek 2). Obr. 61 Provoz v CTR a dalších prostorech (Doplněk X [23]) 85

91 7.3 Minimální výšky letu, se pro lety bezpilotních letadel a modelů letadel neuplatňují. 7.4 Provoz bezpilotního letadla a/nebo modelu letadla nesmí být prováděn v zakázaných, nebezpečných a jiným uţivatelem aktivovaných omezených, rezervovaných a vyhrazených prostorech s výjimkou, kdy tak povolí ÚCL. 8. Ochranná pásma S výjimkou, kdy tak povolí ÚCL na základě předchozího souhlasu příslušného správního orgánu či oprávněné osoby, se let bezpilotního letadla nesmí provádět v ochranných pásmech stanovených příslušnými právními předpisy podél nadzemních dopravních staveb, tras nadzemních inženýrských sítí, tras nadzemních telekomunikačních sítí, uvnitř zvláště chráněných území, v okolí vodních zdrojů a objektů důležitých pro obranu státu. Nad těmito ochrannými pásmy smí být let prováděn pouze způsobem vylučujícím jejich narušení za běţných i mimořádných okolností. 9. Meteorologická minima Let bezpilotního letadla smí být ve vzdušném prostoru třídy G prováděn jen vně oblaků a ve vzdušném prostoru jiné třídy jen v minimální vzdálenosti od oblaků m horizontálně a 300 m vertikálně. 11. Shazování nákladu Bezpilotní letadlo nesmí být použito ke shazování předmětů za letu, kromě leteckých veřejných vystoupení a soutěţí, včetně příprav na ně, jsou-li přijata přiměřená opatření proti ohroţení dle ust Pohyb pilota Bezpilotní letadlo nesmí být bez povolení ÚCL provozováno při současném pohybu pilota pomocí technického zařízení. 86

92 16. Další podmínky pro provoz bezpilotního letadla Při provozu bezpilotního letadla musí být dodrţeny následující podmínky, pro přehlednost uvedené v Tabulce 1 (Pozn. Autora: červeně je zvýrazněný sloupec týkající se dvou níţe zmiňovaných modelů) Obr. 62 Tabulka shrnující požadavky pro provoz dronů v ČR (Doplněk X [23]) 87

93 4.2. Shrnutí omezení a zásad pro létání s drony, plynoucích z doplňku X Pokud vyuţíváme UAV pro rekreační účely, je pro nás kritická hmotnost 0,91 kg. Nad touto hmotností musí být dron vybaven systémem pro bezpečné ukončení letu, tedy funkcí Fail Safe. Níţe popisované modely do této kategorie spadají a jsou vybaveny základním systémem Fail Safe. Maximální výška letu UAV je (mimo TMA, CTR, ATZ...) 300m AGL, tedy prostor třídy G. V průběhu vzletu a přistání se bezpilotní prostředek nesmí přiblíţit k osobě, která není účastníkem jeho provozu, na méně neţ 50 metrů horizontálně. Za letu musí být dodrţena bezpečná vzdálenost od osob a staveb (nad MTOM vyšší něţ 7kg, dále definováno). Definována je také minimální vzdálenost od oblačnosti 1500m horizontálně a 300m vertikálně bez ohledu na hmotnost dronu. Před létáním je velmi důleţité zjistit, jaká výšková omezení platí v oblasti, kde s dronem chceme létat. Pro piloty je to naprostá samozřejmost, ale většina rekreačních modelářů nemá nejmenší tušení o existenci prostorů jako jsou TMA, CTR, ATZ, TSA, P... Ke zjištění omezení v daném místě můţe poslouţit platná letecká mapa ICAO 1: , tu ale asi většina modelářů nevlastní. V praxi tedy lépe internetový portál AisView, který navíc poskytuje údaje o aktivaci/plánované aktivaci jednotlivých prostorů. Podle názoru autora je aktuální předpisová základna, týkající se provozu UAV, nastavena správně. Trochu horší je to s informovaností široké modelářské veřejnosti. Tento stav se pokouší změnit ÚCL prostřednictvím svojí osvětové kampaně. Její součástí je také zveřejnění seriálu natočeného AirZone TV. Jedná se o seriál krátkých klipů, které nenáročnou formou vysvětlují danou problematiku. Jejich zpracování je na velmi dobré úrovni a určitě mohou přispět k celkové osvětě na téma drony, a to nejen mezi jejich provozovateli, ale také mezi širokou veřejností. 88

94 5. Vývoj a konstrukce modelu letadla pro AP Letoun : 5.1. Zkušenosti autora s konstrukcí modelů letadel Stavbě a létání s modely letadel se autor věnuje uţ od dětství. Postupně se od jednoduchých házedel a modelů na pohon gumovým svazkem, dopracoval aţ k RC modelům letadel. Během 15 let jich navrhnul, zkonstruoval a postavil několik desítek. Obr. 63 Ukázka několika létajících modelů postavených autorem (Autor) 89

95 5.2. Zkušenosti autora s leteckým fotografováním Autor získal svou první pilotní licenci (GLD) v roce Od roku 2014 je drţitelem licence PPL(A) a také licence ULL(A). V současnosti aktivně létá s celkově 12 typy motorových letounů, historických letounů a s jejich replikami. Velmi záhy se začal zajímat o letecké fotografování a pořizování videí s leteckou tematikou pomocí akčních kamer. Akční kamery SJ4000 a SJ4000wifi, které autor pouţívá pro snímkování z modelů, jím byly primárně pořízeny pro natáčení videí a pořizování leteckých fotografií ze skutečných letounů. Jejich malé rozměry a nízká hmotnost (bez příslušenství cca 60g) však umoţňují i jejich vyuţití v dronech. Zkušenosti s leteckým fotografováním poslouţily autorovi jako základ, pro návrh a konstrukci dále popisovaných speciálů. Obr. 64 Letecké fotografie pořízené autorem za použití SJ 4000 (Autor) 90

96 5.3. Motivace pro konstrukci tohoto modelu Hlavní motivací ke konstrukci speciálního modelu pro letecké snímkování byla snaha pořizovat kvalitní záběry míst, která z různých důvodů není moţné vyfotografovat ze skutečného letadla. Pořizování fotografií z modelu má navíc, oproti fotografování z letounu, výhodu daleko větší mobility a je také podstatně ekonomičtější První pokusy se snímkováním z modelů Prvním pokusy s montáţí akční kamery (SJ 4000 WIFI) na model letadla začal autor podnikat v roce Kameru postupně připevnil na několik svých modelů, jejichţ pohon měl potřebný tah, aby zvýšenou zátěţ unesl. Důleţitým předpokladem byla také dostatečná nosná plocha modelů, aby zvýšené plošné zatíţení nehrozilo nadměrným zhoršením jejich letových vlastností. Nejlepších výsledků bylo dosaţeno u polomakety vysokovýkonného motorizovaného větroně Arcus E, jehoţ stavebnici vyrábí česká modelářská firma RCM Pelikán. Skutečný větroň Arcus E je vybaven pomocnou pohonnou jednotkou. Tvoří ji elektromotor, umístěný spolu s vrtulí na zataţitelném pylonu. Odtud také písmeno E v názvu větroně. Podobně jako předloha je i její model poháněn elektromotorem na sklopném pylonu. Obr. 65 Stavebnice modelu Arcus E, ( [48]) 91

97 Tento motorizovaný větroň je autorovým třetím modelem postaveným ze stavebnice. Jeho letové vlastnosti byly pro něj velmi příjemným překvapením. Proto se také rozhodnul pro vyuţití modelu jako platformy k pokusům s leteckým snímkováním. Model má velký rozsah rychlostí letu a na ztrátu rychlosti a následné překročení kritického úhlu náběhu reaguje velmi klidně a naprosto čitelně. Nemá snahu svévolně přecházet do vývrtky a je schopen ji samovolně vybírat během jedné otočky po spuštění pák vysílače. Jeho pilotáţ by měl zvládnout i mírně pokročilý pilot modelů. Výborné letové vlastnosti tohoto modelu mimo jiné umoţnily pořízení následujícího snímku. Autor v ten den neměl k dispozici ţádného fotografa, a tak levou rukou pilotoval model do průletu a druhou fotografoval. Model i autor tuto akci přeţili bez úhony. Obr. 66 Arcus E s vysunutým motorovým pylonem (foto a pilotáž autor) 92

98 Model Arcus E je především díky uspořádání pohonu poměrně vhodný i pro zájemce o letecké snímkování. Po montáţi akční kamery SJ 4000, která má spolu s ochranným krytem a montáţní přírubou hmotnost přibliţně 170g, se letová hmotnost modelu zvýšila na 1070g. Plošné zatíţení tak vycházelo cca na 37g/dm 2. Zatímco původní hodnota byla 31g/dm 2. To tedy znamená zvýšení plošného zatíţení o téměř 20%. Kvůli vyššímu plošnému zatíţení se samozřejmě mírně zvýšila minimální rychlost, klesla stoupavost v motorovém letu a kvůli nárůstu škodlivého odporu se také zvýšilo minimální opadání a zkrátila se vytrvalost letu. Na bezpečnost letu modelu však tyto změny neměly výrazný vliv, pouze se zkomplikovala jeho pilotáţ při nízkých rychlostech a zvýšily se poţadavky na velikost plochy pro provedení manévru na přistání a uspořádání překáţek kolem ní. Během provozu tohoto modelu jako stroje pro letecké fotografování bylo odzkoušeno několik variant montáţe kamery, tyto varianty jsou popsány níţe. Dále následuje shrnutí zkušeností z provozu tohoto modelu jako platformy pro letecké snímkování. Tabulka se základními údaji o modelu Arcus E [48] 93

99 Montáž na horní části trupu, pohled do přední polosféry Obr. 67 Montáž kamery na trupu, pohled vpřed (Autor, Arcus E) 94

100 Montáž na trupu, pohled přes křídlo Obr. 68 Montáž kamery na trupu, pohled přes křídlo (Autor, Arcus E) 95

101 Montáž pod trupem, snímání přední polosféry Obr. 69 Montáž kamery pod trupem modelu (Autor, Arcus E) 96

102 Shrnutí zkušeností z provozu tohoto modelu Létání s kamerou připevněnou na horní části trupu nepřinášelo ţádné zvlášní poţadavky na pilotáţ, pouze bylo nutné počítat se zvýšeným opadáním modelu a vyšším plošným zatíţením. Tyto faktory bylo nutné zohlednit během rozpočtu na přistání. Při letech s kamerou instalovanou na trupu a snímající přes křídlo bylo nutné kompenzovat zatáčivý moment daný asymetrickým škodlivým odporem trupu, který kamera připevněná mimo osu modelu vyvozovala Tento moment bylo třeba kompenzovat směrovým kormidlem a vhodnou pilotáţí. Montáţ kamery pod trupem poskytuje ničím nerušené záběry. Z pohledu vyuţití modelu jako prostředku pro letecké snímkování je tento způsob ideální. Na druhou stranu s sebou tento způsob montáţe nese vyšší riziko poškození kamery a modelu při přistání. V průběhu letových zkoušek s kamerou upevněnou pod trupem přistával autor většinou chycením modelu do ruky za trup. Jedná se o poměrně sloţitý a potenciálně nebezpečný manévr. Rozhodně ho nelze provozovat jako jediný moţný způsob přistávání modelu. Pokud to konfigurace terénu dovolí, je moţné provádět přistání pádem na minimální rychlosti např. do hlubokého sněhu, vzrostlé trávy, obilí, apod. Nicméně není to určitě dlouhodobě pouţitelný způsob montáţe kamery na tomto typu modelu. Další překáţkou pro efektivní pouţívání modelu Arcus E pro pořizování záběrů ze vzduchu jsou jeho rozměry a z nich plynoucí citlivost na poškození. V případě zatíţení kamerou má model poměrně vysokou minimální rychlost. Díky aerodynamické jemnosti má navíc velkou tendenci vyplavávat v přízemnímu efektu. Tyto vlastnosti komplikují provádění rozpočtu na přistání a zvyšují zranitelnost modelu při přistávání do terénu. Spolu s pevnou konstrukcí přední části trupu je navíc poměrně vysoké nebezpečí zranění, případně poškození majetku při nehodě. Z těchto důvodů se autor rozhodl pro konstrukci speciálního modelu, který bude nadále pouţívat pro letecké snímkování a jehoţ stavba tvořila praktickou část této diplomové práce. V konstrukci tohoto speciálu vyuţívá autor své letité zkušenosti v oboru funkční modelařiny. Jeho cílem je postavit bytelný letoun, pouţitelný pro letecké snímkování ze středních a vyšších výšek (od 50m, do 300m AGL, viz. dodatek X). 97

103 5.4. Stanovení základních parametrů modelu Letoun Tento model navrhnul a zkonstruoval autor na základě zkušeností s výše popisovaným motorovým větroněm Arcus E a s jeho provozem jako modelu pro letecké snímkování. Letoun byl tedy zkonstruován především s důrazem na schopnost pořizovat kvalitní záběry ze vzduchu. První fází konstrukce tohoto modelu byla rozvaha nad jeho základními aerodynamickými vlastnostmi. Autor při ní vycházel ze svých mnohaletých praktických zkušeností s létajícími modely letadel a z výpočtů zmiňovaných v publikacích a odborných časopisech, zabývajících se konstrukcí a aerodynamikou modelů letadel. Jednou z nejkomplexněji zpracovaných knih věnovaných této problematice je letitá publikace Letecké modelářství a aerodynamika od Ing. Hořeního a Ing. Lněničky. Řešení aerodynamiky modelu jako celku je poměrně obtížný úkol. Proto model (ale i skutečný letoun) často rozdělujeme na jednodušší části, jejichž charakteristiky lze snáze stanovit. [49] 98

104 5.5. Konstrukce modelu Návrh základní koncepce Vzhledem k tomu, ţe tento model je účelový a uţ od začátku byl autorem vyvíjen jako speciál pro letecké snímkování, je jeho konstrukce řešena co moţná nejúčelověji. Podle několika zásadních, ale občas poněkud protichůdných poţadavků. Požadavky na konstrukci modelu Stabilita Dostatečná nosnost užitečného zatížení Nerušený záběr nesených kamer Vysoká pasivní bezpečnost provozu Snadná přepravitelnost Rychlá příprava k letu Dobrá viditelnost modelu při letu ve větších výškách (do 300m AGL) Následující kapitoly týkající se aerodynamiky modelu byly zpracovány především na základě publikace Letecké modelářství a aerodynamika, Ing. Bohumil Hoření, Ing. Jaroslav Lněnička, Naše vojsko Praha, 1977 [49] 99

105 Aerodynamika nosných ploch Rozhodující vliv na letové vlastnosti modelu letounu mají aerodynamické charakteristiky jeho křídla. Hlavním úkolem křídel (neboli nosných ploch) je vytvářet vztlak při co moţná nejmenším odporu. Prvořadým účelem křídla letounu je vytvořit při dopředném pohybu aerodynamickou sílu (vztlak), která bude působit kolmo na směr pohybu, tedy proti přítaţlivosti Země. Tato síla překonáním gravitace umoţní letounu jeho let. Aby křídlo svou funkci správně plnilo, musí mít ve směru obtékajícího proudu tvar křídlového profilu Profil křídla Profil je uzavřená křivka, která tvoří vnější obrys křídla ve směru nabíhajícího proudu. Geometrický tvar profilu má rozhodující vliv na rozloţení aerodynamických sil na křídle a tím také na výkony a letové vlastnosti letounu (modelu). Zkoumání profilů křídel je starší neţ letectví samo. Jejich výzkum vedl v průběhu rozvoje letectví k vytvoření rozsáhlé kolekce profilů, vhodných pro nejrůznější typy letounů a pro nejrůznější účely jejich pouţití. Základní terminologie profilu křídla Obr. 70 Profil křídla (e-magazín Akademie letectví [50]) 100

106 Reynoldsovo číslo Reynoldsovo číslo (Re) je bezrozměrná veličina, která dává do souvislosti setrvačné síly a viskozitu. Je jedním z podobnostních čísel, která se pouţívají při zkoumání proudění tekutin (kapalin i plynů). S jeho pomocí je moţné určit, zda je proudění tekutiny laminární a nebo turbulentní. Čím je Reynoldsovo číslo vyšší, tím niţší je vliv třecích sil částic tekutiny na celkový odpor. K rozlišení laminárního proudění od turbulentního se pouţívá Reynoldsovo číslo dané vztahem d - dynamický průřez trubice v s - střední hodnota rychlosti proudění kapaliny v daném průřezu - kinematická viskozita tekutiny (vzduch = 1,5041E-05 m 2 /sec) Zatímco pro nízké hodnoty Re platí, ţe proudění v mezní vrstvě je převáţně laminární, při vysokých hodnotách Re, bývá toto proudění především turbulentní. Hranice mezi těmito dvěma případy se označuje jako kritická hodnota Reynoldsova čísla. Tato hodnota je různá pro různé typy obtékaných těles a zjišťuje se experimentálně. Pro kouli obtékanou vzduchem se většinou kritické Reynoldsovo číslo uvádí jako Aerodynamicky vhodně tvarované profily mívají kritické Re řádově menší. [49] Pozn. Autora : (Kritická hodnota Re u profilu NACA 4412, který byl zvolen při aerodynamickém návrhu tohoto modelu, se pohybuje kolem ). [51] Pro zajištění dobrých letových vlastností modelu je vhodné, aby se při svém letu v běţných cestovních rychlostech pohyboval v nadkritických Re. 101

107 Určení plošného zatížení a výpočet velikosti nosné plochy Plocha křídla je jednou ze základních charakteristik letadla a zásadně ovlivňuje jeho letové vlastnosti. Stejně jako je tomu u skutečných strojů, tak i letové vlastnosti modelů jsou velmi závislé na ploše křídla a z ní vyplývajícího plošného zatíţení. Na základě všeobecné dohody je plocha křídel skutečných letadel (i modelů) určována spolu s částí skrytou v trupu. Při návrhu tohoto modelu byla plocha křídla vypočtena na základě zvoleného plošného zatíţení. Tento výpočet je naznačen dále. Plošné zatíţení (Wing Load - WL) určuje poměr maximální vzletové hmotnosti MTOM ku ploše křídla S. U velkých letadel se plošné zatíţení běţně udává v kg/m2, v modelářské praxi se pouţívají jednotky g/dm2. Ovšem pozor, plošné zatíţení můţe slouţit ke srovnání mezi letadly (jejich modely), pouze pokud se za letu pohybují v podobných Reynoldsových číslech (Re). Volba velikosti plošného zatíţení a z něj vyplývající plochy křídla, byla provedena na základě empirických zkušeností autora. 102

108 Následující hodnoty plošného zatíţení vycházejí z autorových praktických zkušeností a zhruba platí pro modely letadel o rozpětí křídel přibliţně 1,5m a hloubce SAT (15 20)cm. Plošné zatížení 10-25g/dm 2 Pomalý model, který umoţňuje dlouhou reakční dobou pilota. Tato hodnota plošného zatíţení je charakteristická pro tzv. parkflyery, případně elektrovětroně a modely pro základní výuku létání. Takový model je vhodný do klidných podmínek, případně do mírného větru a citlivě reaguje i na slabé termické proudění. Plošné zatížení 30-50g/dm 2 Rychlejší model s vyšší přistávací rychlostí. Tato hodnota plošného zatíţení odpovídá klasickým cvičným, případně akrobatickým modelům. Přináší lepší pronikavost proti větru a moţnost bezpečně létat do větru o rychlosti cca 8m/s. Plošné zatížení g/dm 2 Rychlý model. Pilot musí věnovat zvýšenou pozornost udrţení dostatečné rychlosti letu. S tímto plošným zatíţením běţně létají polomakety a makety stíhacích letadel z období 2. světové války. O takových modelech se často prohlašuje, ţe se musí drţet na rychlosti. Plošné zatížení g/dm 2 S tímto plošným zatíţením létají modely současných vojenských letounů s turbínovým pohonem. Tyto modely jsou velmi náročné na pilotáţ. Ideální plošné zatíţení pro tento model by se mělo pohybovat kolem 30-40g/dm 2. Takové WL by mělo zajistit dostatečnou pronikavost proti větru, odolnost proti drobným turbulencím a dostatečně klidný letový projev. Ten je základním předpokladem, pro pořizování kvalitních záběrů. Pro další výpočty byla tedy zvolena střední hodnota WL = 35g/dm 2 103

109 Prvním údajem, který bylo nutné spočítat, byla velikost plochy křídla S. Při plošném zatíţení uvaţovaném jako 35g/dm 2 a při předpokládané maximální vzletové hmotnosti MTOM = 1300g. Vycházela potřebná plocha křídel na 37 dm 2. Určení Rozpětí křídel tohoto modelu vycházelo z poţadavku na jeho dobrou viditelnost za letu ve větších výškách (rozpětí křídel mm). S ohledem na výše zmiňované poţadavky, bylo rozpětí křídel modelu stanoveno na 2m (tedy 20dm). Pro dané rozpětí křídel tedy vychází hloubka střední aerodynamické tětivy SAT = 1,85dm, tedy 0,185m. (SAT = délka tětivy ekvivalentního obdélníkového křídla). Hodnota SAT byla dále důleţitá pro výpočet Re a volbu profilu křídla. 104

110 S ohledem na sníţení aerodynamického odporu modelu a umoţnění jeho co moţná nejlepší pronikavosti proti větru bylo zvoleno pouţití lichoběţníkového půdorysného tvaru křídla. Základní vzorec pro určení plochy lichoběţníkového křídla vypadá následovně: S = (l 0 + l 1 ) / 2 * b S - Plocha křídla l 0 - Hloubka křídla u kořene l 1 - Hloubka křídla na špičce b - Rozpětí křídla (včetně části zakryté trupem) Hloubka kořenového ţebra křídla byla z pevnostních důvodů zvolena jako l 0 = 2,5dm. Po dosazení do výše uvedeného vztahu, vychází hloubka koncového ţebra l 1 = 1,2dm, tedy 0,12m. 105

111 Volba ideálního profilu křídla Prvním krokem bylo určení předpokládaného rozptylu Reynoldsových čísel, ve kterém se model bude s největší pravděpodobností za letu pohybovat. K výpočtu těchto hodnot poslouţil program Airfoil Tools [51] Pouţití tohoto programu se autorovi velmi osvědčilo během návrhu jeho předchozích modelů. Obr. 71 Určení Re modelu (airfoiltools.com [51]) Jako ideální profil pro dané plošné zatíţení, hloubku křídla a předpokládaný rozptyl běţných rychlostí letu, byl (na základě výstupů z programu Airfoil Tool) zvolen profil NACA Tento profil by měl být v oboru daných rychlostí letu obtékán převáţně nadkriticky. 106

112 Základní tvar profilu je vykreslen na následujícím obrázku. Následuje průběh vztlakové čáry a poláry. Tyto hodnoty platí pro rozptyl Re 50,000 aţ 200,000, coţ pro hloubku střední aerodynamické tětivy 185mm odpovídá rychlostem letu zhruba 5-20m/s. Maximální násobek pro daný výpočet byl zvolen Ncrit = 5. Vzhledem k určení modelu se během běţného létání nepředpokládá dosahování větších násobků zatíţení. Obr. 72 Aerodynamické vlastnosti profilu NACA 4412 při daných Re a max násobcích Ncrit = 5 (airfoiltools.com [51]) 107

113 Volba uspořádání modelu Vývoj letectví přinesl různá uspořádání letounů. Bezocasé (samokřídla), letouny s kachním uspořádáním (canard), tandemové dvouplošníky... Nicméně klasické uspořádání většiny letounů zachovává vodorovnou ocasní plochu umístěnou na zádi. Toto uspořádání bylo zvoleno i pro popisovaný model. Aby byl letoun s klasickým uspořádáním přirozeně stabilní, bez vyuţití pomocných prostředků umělé stability (Fly-By-Wire), musí se těţiště za letu vţdy nacházet před působištěm aerodynamických sil na křídle. Zatímco působiště aerodynamických sil se za letu mění (v rozmezí běţných letových úhlů náběhu se posouvá vpřed se vzrůstajícím úhlem náběhu a vzad s jeho zmenšováním). Poloha těţiště by měla u modelu s pohonem elektrickým motorem zůstávat prakticky neměnná. Moţnost posunu těţiště za letu přichází v úvahu u modelu s pohonem spalovacím motorem, u kterého spotřeba paliva můţe způsobovat drobné změny polohy těţiště. Velikost úhlu seřízení křídla vůči VOP je volena tak, aby ve všech ustálených režimech letu vznikala na VOP vyvažovací síla opačného směru než síla vztlaková na křídle. [49] Vztlak L vůči těţišti vyvolává klopivý moment "těţký na hlavu", zatímco vyvaţovací síla P na VOP vyvozuje aerodynamický moment "těţký na ocas". V ustáleném reţimu letu jsou tedy oba momenty v rovnováze, jak názorně ilustruje následující obrázek Obr. 73 Rovnováha momentů při rovnovážném ustáleném letu (kresba Autor) 108

114 Stabilita Základním poţadavkem při konstrukci tohoto modelu byla co moţná nejvyšší směrová a stranová stabilita. Díky ní pilot nemusí tolik pozornosti věnovat samotné pilotáţi a můţe se více soustředit na pořizování kvalitních záběrů. Stabilitu modelu dělíme na podélnou a příčnou. Tyto dva typy stability jsou spolu ovšem velmi úzce svázány a vzájemně se ovlivňují Podélná STABILITA Podélná stabilita letadla (modelu) závisí především na těchto faktorech Aerodynamické vlastnosti křídla Plocha VOP Profil VOP Rameno mezi VOP a křídlem Úhel nastavení ψ Poloha těţiště Aerodynamické vlastnosti křídla Aerodynamické a momentové vlastnosti křídla jsou popsány v předchozí kapitole Plocha VOP Pokud konstruujeme účelový model letadla, měla by se plocha VOP pohybovat kolem 12% - 20% nosné plochy. [49] U tohoto modelu má plocha VOP velikost cca 17% nosné plochy Profil VOP Profil vodorovné ocasní plochy by měl mít menší tloušťku neţ profil křídla kvůli zajištění účinného obtékání. Kvůli momentovým vlastnostem by měl mít také menší prohnutí střední čáry. Velmi často nemají profily VOP, zejména u řízených modelů letadel, prohnutí ţádné. Pouţívají se pro ně profily rovné desky. 109

115 Rameno mezi VOP a křídlem Rameno mezi křídlem a VOP se u modelů většinou stanovuje na základě empirických vztahů. Jedno z těchto pravidel říká, ţe vzdálenost mezi čtvrtinovými body středních aerodynamických tětiv křídla a VOP by neměla být menší neţ asi trojnásobek střední geometrické hloubky křídla. [49] U tohoto modelu činí tato vzdálenost přibliţně pětinásobek střední geometrické hloubky křídla Úhel nastavení ψ Ψ představuje úhel mezi tětivou křídla a VOP. Volí se podle pouţitého profilu křídla. U tohoto modelu činí cca 3 (Doporučený úhel pro NACA 4412) Poloha těžiště Následující empiricky odvozené poučky slouţí pro přibliţné seřízení modelu a určení polohy jeho těţiště. Ve většině případů se v praxi přesná poloha těţiště modelu a jeho seřízení určuje aţ během fáze zalétávání. [50] Symetrické profily Obecně u těchto profilů vychází poloha těţiště do cca 25%hloubky střední aerodynamické tětivy křídla. Úhel seřízení těchto profilů bývá 0. Turbulentní profily s jednoduchými prohnutími střední čáry do cca 4% Poloha těţiště by měla leţet cca ve 30% hloubky střední aerodynamické tětivy křídla. Úhel seřízení u tohoto typu profilů, by se měl pohybovat kolem 3,5 0. Turbulentní profily s jednoduchými prohnutími střední čáry větším, než cca 4% Pro profily s větším prohnutím, neţ 4% můţe optimální poloha těţiště aţ kolem 50% hloubky střední aerodynamické tětivy křídla. Úhel seřízení u tohoto typu profilů křídel, bývá většinou přibliţně

116 Příčná stabilita Při pohybu letadel jsou spolu svázány klonivé, klopivé a zatáčivé pohyby. Výsledným pohybem je pak pohyb stranový. Pro něj je důležitá velikost vzepětí nosné plochy, mohutnost SOP, úhel náběhu křídla, šípovitost nosné plochy a rozložení hmot letadla. [50] Vzepětí křídel Jednou z vlastností nosné plochy, která má významný vliv na stranovou stabilitu, je vzepětí křídel. Tímto pojmem je míněn úhel, který vůči sobě svírají poloviny křídel, při pohledu ve směru podélné osy letounu. Nejjednodušším případem vzepětí křídel je vzepětí nulové, které se obvykle pouţívá v konstrukci akrobatických letounů. Vzepětí křídel většiny letounů je řešeno jako lomená přímka. Lomení bývá zpravidla jednoduché v místě spojení polovin křídla, případně vícenásobné (centroplán). Sloţitější tvary vzepětí jsou zastoupeny různými křivkami (Minimoa, F4U Corsair...). Tyto křivky bývají kombinovány s přímkovými částmi křídel. V následujícím obrázku jsou naznačeny některé nejpouţívanější formy vzepětí křídel. Obr. 74 Nejběžnější typy vzepětí křídel (kresba Autor) Velikost vzepětí křídel závisí na mnoha faktorech a u modelů letadel se jeho velikost většinou určuje empiricky. Obvyklé hodnoty vzepětí křídel modelů se pohybují kolem +3 aţ +8. [49] 111

117 Poloha křídla vůči trupu Na stabilitu letounu má dále vliv poloha křídla vůči jeho trupu. Letouny dělíme podle uspořádání na hornoplošníky (high-wing), středoplošníky (mid-wing) a dolnoplošníky (low-wing). Obr. 75 Typy uspořádání křídel vůči trupu (aviationclass.wordpress.com [52]) Poloha křídla ovlivňuje stabilitu letounu díky vlivu příčné sloţky proudění, která vyvolává tzv. zdánlivé vzepětí a díky vzájemné poloze křídla a těţiště v příčném řezu letounem. Pokud dojde za letu k vybočení modelu, příčná sloţka rychlosti vybočeného letu vyvolává příčné proudění, naznačené čárkovanými proudnicemi. Tento příčný proud obtéká trup a je trupem dále deformován (viz. následující obrázek) [53] Obr. 76 Vliv uspořádání křídla na příčnou stabilitu (Vliv uspořádání křídla... [53]) 112

118 Z obrázku 76 je zřejmé, ţe příčné obtékání křídla hornoplošníku má účinek obdobný, jako obtékání křídla s kladným vzepětím. [53] Hornoplošné uspořádání tedy zvětšuje efektivní vzepětí. U kořene dolního křídla vzniká kladný přírustek vztlaku, zatímco u kořene křídla opačného vztlak poklesne. Nerovnováha vztlaku na obou křídlech vyvolává klonivý moment M x, který působí proti náklonu, který bočení letounu vyvolal a vrací letoun do vodorovné polohy. Dolnoplošné uspořádání má vliv destabilizující, letoun se chová jakoby křídlo mělo vzepětí záporné, vzniklý klonivý moment se snaţí počáteční náklon zvětšovat. Středoplošník se chová indiferentně, boční obtékání u něj klonivý moment nevyvolává. Předpokládáme-li, že křídlo nemá vzepětí, je příčné proudění mimo oblast trupu rovnoběžné s křídlem a nemá na jeho obtékání ve směru letu z pohledu stability podstatnější vliv. Ovšem deformace příčného proudu v oblasti trupu již na obtékání křídla vliv má a tento vliv je stejný, jako by bylo obtékáno deformované křídlo (křídlo se zdánlivým vzepětím) nedeformovaným proudem. [53] Dalším prvkem, který má významný vliv na stabilitu letounu (modelu) a který je ovlivněn polohou křídla a trupu, je svislá vzdálenost působiště vztlaku a polohy těţiště letounu. Poţadavku na co moţná nejvyšší stabilitu tedy nejlépe odpovídá uspořádání tohoto modelu jako hornoplošníku. Jeho těţiště by pak mělo být umístěno pokud moţno co nejníţe, pod působištěm vztlaku. Vzepětí křídel ve statickém stavu bylo zvoleno

119 Nerušený záběr nesených kamer Na základě zkušeností s provozem modelu Arcus vybaveným kamerami zvolil autor dva základní směry záběru nesených kamer. Je jím pohled do přední polosféry a snímání do boku a dolů, případně pouze dolů. Toto uspořádání kamer zajišťovalo během provozu modelu Arcus nejkvalitnější záběry snímaných lokalit. Vzhledem k primárnímu určení modelu bylo velmi důleţité, aby záběry kamer nebyly pokud moţno ničím rušeny, z toho vyplývá několik konstrukčních schémat : Uspořádání pohonu s tlačnou vrtulí (točící se vrtule působí v záběru velmi rušivě) Zatahovací podvozek, případně jiná neţ klasická konstrukce podvozku Hornoplošné uspořádání (moţnost montáţe kamery pro boční snímkování a nerušené snímkování spodní polosféry) Minimální vibrace v provozu Následující obrázek ukazuje montáţ kamery 1 pro snímání přední polosféry a kamery 2 pro boční snímkování (ve svislém řezu odklon cca 40 od svislé osy modelu). Uloţení kamery 2 umoţňuje také její natočení do jiného sklonu vůči svislé ose modelu a pořizování záběrů spodní polosféry. Obr. 77 Rozvaha o umístění kamer na budoucím modelu (Autor) 114

120 Vysoká pasivní bezpečnost provozu Dalším poţadavkem na model byla jeho co moţná největší bezpečnost provozu a odolnost při vzletech a přistáních v polních podmínkách. Tento poţadavek ovlivnil především materiál pouţitý na jeho stavbu. (EPP) Dále ovlivnil volbu uspořádání ocasních ploch do písmene T. Toto uspořádání totiţ sniţuje pravděpodobnost poškození ocasní části při přistání do terénu a usnadňuje transport modelu (odnímatelná VOP). Z tohoto poţadavku vychází také konstrukční uspořádání přistávacího zařízení ve formě jednostopého dvoukolého podvozku. Podvozek modelu je koncipován podobně jako podvozky větroňů. Klasicky uspořádaný, případně tricyklový podvozek, by byl příliš náchylný na poškození a narušoval by pořizované záběry. Zataţitelný podvozek, o jehoţ konstrukci autor původně také uvaţoval, by byl v provozu zbytečně komplikovaný a přidával by modelu na hmotnosti Snadná přepravitelnost Model byl od začátku konstruován s důrazem na snadnou přepravitelnost. Uspořádání konstrukce by mělo umoţňovat jeho přepravu v zavazadlovém prostoru, případně na zadních sedadlech malého osobního automobilu. Snadný transport umoţňuje vyuţití modelu k pořizování leteckých záběrů v různých zajímavých lokalitách Rychlá příprava k letu Dalším důleţitým faktorem při úvahách nad koncepcí modelu byla snaha o minimalizaci času potřebného na přípravu k letu. Sestavení modelu by nemělo zabrat více neţ 3 minuty. 115

121 Zvolené uspořádání a materiál modelu Z poţadavků zmiňovaných v předchozím textu tedy vycházelo nejlépe uspořádání modelu jako hornoplošníku s tlačnou vrtulí, s jednostopým podvozkem a s ocasními plochami uspořádanými do písmene T. Tvar modelu byl dále ovlivněn snahou o sníţení pravděpodobnosti poškození pouţitých kamer při běţném provozu, ale také při případné havárii. Materiál pouţitý na stavbu modelu je velmi porézní a výborně absorbuje energii při nárazu. Naproti tomu materiál kamer je tvrdý a při nárazu by mohl způsobit poranění, případně poškození majetku. Předek trupu modelu je tedy navrţen jako protáhnlý zobák ze snadno deformovatelného EPP, které slouţí jako deformační zóna. Kamera mířící dopředu a dolů je čumákem modelu částečně chráněna při přistání a při případném nárazu do kolmé překáţky. Toto uspořádání nijak nebrání v pořizování kvalitních záběrů přední polosféry, jak je patrné z přiloţené skicy. Obr. 78 První skica s hmotnostní a rozměrovou rozvahou (Autor) 116

122 Ze skicy je dále patrný odnímatelný způsob uchycení vodorovné ocasní plochy, který má zajistit snazší transport. Dále prvotní hmotnostní a rozměrová rozvaha modelu. Tyto hodnoty se ovšem v průběhu vývoje modelu změnily. Základním materiálem pouţitým pro stavbu modelu, je expandovaný polypropylen. Neboli EPP. Tento materiál se primárně pouţívá především v automobilovém průmyslu, jako pohlcovač nárazů a vibrací. Mezi jeho další přednosti patří nízká hmotnost, tepelná a zvuková izolace, nárazuvzdornost, tvarová a chemická stálost, zdravotní nezávadnost při kontaktu s potravinami a odolnost chemikáliím. Unikátní mechanické a chemické vlastnosti tohoto materiálu jsou průmyslově vyuţívány v mnoha oblastech, jsou jimi na příklad: Automobilový průmysl (nárazníky, sedadla, výplně dveří, víka kufrů) Potravinářský průmysl (výroba nárazuvzdorných a chemicky stálých obalů) Výroba boilerů (tepelná izolace plášťů) Konstrukce klimatizací Výroba tepelných čerpadel Pouţití ve speciálích odvětvích průmyslu 117

123 5.6. Stavba modelu Fotografie obsaţené v kaţdé z následujících kapitol ilustrují postup stavby a pracovní operace, které autor prováděl při konstrukci modelu. Některé stavební postupy zmiňované autorem mohou poslouţit jako obecný návod ke stavbě podobného stroje. Materiály, lepidla a polotovary pouţívané autorem jsou většinou běţně dostupné v modelářských prodejnách Stavba trupu Stavba trupu byla zahájena konstrukcí trupové gondoly, protoţe se jedná o tvarově nejsloţitější díl modelu a jeho další části na ni konstrukčně navazují. Gondola je vyrobena především z desky EPP o tloušťce 10mm a hustotě 30g/dm 3. Ke stavbě některých menších částí poslouţila buková překliţka 0,7 a 1,5mm (drobné výztuhy). Plastové desky PSH tloušťky 1,5mm (uchycení podvozkového kola) a smrkové lišty 5x5mm (montáţ serv). Nosník ocasních ploch tvoří konstrukce slepená ze smrkové lišty 3x12mm a tvarových lišt nařezaných z balzy tloušťky 4mm. Takto vzniklý nosník je ořezán a ohoblován do poţadovaného průřezu, tmelen, broušen, lakován a následně potaţen vláknitým materiálem Vlies. Svislá ocasní plocha tvoří po slepení nedílnou součást trupu. Její konstrukce je kombinací klasických materiálů (balza, smrk, buková překliţka) a potahu z EPP tloušťky 5mm. Vodorovná ocasní plocha má jednoduchou deskovou konstrukci z EPP 10mm s balzovou výztuhou tvořenou lištou 10x10mm, obroušenou do konečného tvaru. Finální povrchová úprava modelu je provedena syntetickými barvami. 118

124 Trupová gondola Vyřezání jednotlivých dílů Hrubá stavba trupu začala vyřezáním bočnic, přepáţek a dalších částí trupu z desek EPP tloušťky 5mm a 10mm. K jejich opracování se autorovi nejlépe osvědčil obyčejný odlamovací nůţ, na jehoţ čepeli je vhodné jemným smirkovým papírem vytvořit drobné zuby. EPP má jinak tendenci se vytrhávat a drolit. Řez pak nebývá zcela čistý. Následující fotografie ukazují vyříznutí bočnic trupové gondoly a seříznutí úkosů, které jsou nutné pro vytvoření jejího aerodynamického tvaru v dalších fázích stavby. Obr. 79 Vyřezání bočnic trupové gondoly a příprava úkosů odtokové hrany (Autor) 119

125 Slepení bočnic trupu Slepování bočnic trupu autor započal ve tvarově nejsloţitějším místě trupové gondoly, kterým je aerodynamický přechod do loţe motoru a nosníku ocasních ploch. Stavbu zde zahájil proto, aby se vyhnul tvarové deformaci tohoto uzlu během další stavby. Prvním úkonem bylo slepení bočnic trupu v místě úkosů, připravených v předchozích stavebních krocích. Bylo nutné dbát na přesnost lepení, aby nedošlo k neţádoucímu zkroucení trupu. Následně byla vlepena motorová přepáţka, která je zároveň poslední trupovou přepáţkou ve směru letu. Tato operace byla poměrně náročná na přesnost provedení. Motorová přepáţka totiţ v kombinaci s výše zmiňovanými úkosy dává zakončení gondoly její aerodynamický tvar. Navíc úhel jejího zalepení do trupu velmi ovlivňuje chování budoucího modelu v motorovém letu. Obr. 80 Začátek lepení bočnic trupu (Autor) 120

126 Vlepení trupových přepážek Stavba trupové gondoly pokračovala postupným vlepováním jednotlivých přepáţek a jejího horního a dolního potahu. V místě uchycení podvozkového kola a budoucího montáţního otvoru (poklop pro výměnu akumulátorů a montáţ palubní elektroniky) bylo přilepeno zesílení v podobě dvou smrkových podélníků 5x5mm a několika krátkých příček ze smrku 3x10mm. Slepená trupová gondola byla poté zhruba ořezána a obroušena do hrubého tvaru. Následovalo její vytmelení velmi lehkým šlehaným tmelem a zabroušení do finálního tvaru. Postup tmelení a broušení byl několikrát opakován, dokud nebyla kvalita povrchu dostatečná pro další zpracování. Hrubá stavba trupové gondoly byla tímto dokončena a autor se soustředil na stavbu nosníku ocasních ploch. Obr. 81 Trupová gondola po hrubé kompletaci, přední část trupu po obroušení, střední části s vlepenými podélníky pro montáž akumulátorového poklopu (Autor) 121

127 Nosník ocasních ploch Hrubá stavba nosníku Pro konstrukci nosníku ocasních ploch se autor z hmotnostních a pevnostních důvodů rozhodnul pouţít kombinaci balzových podélníků a smrkové lišty. Povrchová úprava je řešena potahovým papírem a lakováním. Smrková lišta (3x12)mm zastává v konstrukci nosníku ocasních ploch funkci hlavního podélníku a slouţí především k zachycení sil plynoucích z namáhání trupu na ohyb a na vzpěr. Tyto síly jsou největší především během startu a přistání. Aerodynamická zatíţení působící na nosník za letu, jsou ve srovnání s nimi zanedbatelná. Při dimenzování nosníku se autor tedy soustředil především na přenos zatíţení vznikající při přistání, které je z pevnostního hlediska nejkritičtější fází provozu modelu. Bočnice nosníku jsou vyrobeny z balzy 4mm a konstrukci propůjčují vysokou tuhost v krutu při nízké hmotnosti. Díky malému průţezu a dostatečné stavební výšce, pro zajištění torzní tuhosti, mohl být nosník postaven bez přepáţek. Tato skutečnost dále usnadňuje montáţ lanovodů pro ovládání ocasních ploch a vedení antény přijímače. Obr. 82 Schématický řez nosníkem ocasních ploch 122

128 Anténa přijímače rádiového signálu je záměrně vedena v co moţná největší vzdálenosti od lanovodů ocasních ploch, aby se tak zamezilo moţnému rušení ovládacího signálu, které obvykle vzniká vlivem tření kovových částí lanovodů. Stavbu nosníku ocasních ploch prováděl autor metodou dvojího lepení, kdy k rychlému a přesnému spojení částí na tupo slouţí kyanoakrylátové kontaktní lepidlo. K vytvoření koutového spoje, který lépe odolává namáhání v krutu a na olupování, slouţí pomalu tuhnoucí lepidlo disperzní. Pouţitou technologií lepení se nejen urychlí stavba, ale zvýší se také pevnost spoje. Obr. 83 Schématické naznačení způsobu lepení nosníku ocasních ploch (Autor) Obr. 84 Hrubá stavba nosníku ocasních ploch 123

129 Opracování nosníku a jeho vlepení do trupové gondoly Část nosníku ocasních ploch (NOP), která je vlepena do trupové gondoly, plní zároveň funkci uloţení podvozkového kola. Toto konstrukční řešení vytváří velmi pevný uzel. Umoţňuje tak dobré roznesení zatíţení od podvozku, do konstrukce modelu. Díky tomu můţe být hlavní podvozek modelu řešen jako neodpruţený (pruţení i disipaci energie při přistání zajišťuje pěnová pneumatika), coţ vede k úspoře hmotnosti a zjednodušení konstrukce. Na následujících fotografiích je vidět úprava NOP pro vlepení uloţení podvozkového kola a potah konce nosníku z EPP o tloušťce 5mm, který slouţí jako tlumič nárazů a kmitů mezi oběma částmi trupu. Obr. 85 Vyříznutí lože pro hlavní podvozkové kolo, výroba uložení pro vlepení nosníku ocasních ploch do trupové gondoly (Autor) 124

130 K vlepení NOP do loţe vytvořeného v trupové gondole poslouţilo modelářské dvousloţkové lepidlo EPOXY Toto lepidlo je ideální pro vytváření velmi pevných a částečně pruţných spojů. Finální fází vlepení nosníku ocasních ploch bylo přilepení aerodynamických přechodů gondoly, které byly připraveny během první fáze opracování bočnic. K přilepení těchto pevnostně nekritických částí poslouţilo kyanoakrylátové lepidlo. Před provedením finální povrchové úpravy dojde k vytmelení drobných spár mezi jednotlivými díly a vznikne tak aerodynamicky i pohledově čistý přechod. Obr. 86 Vlepení nosníku ocasních ploch do trupové gondoly (Autor) 125

131 Uchycení hlavního kola přistávacího podvozkovu Vzhledem k předpokládané nízké vzletové hmotnosti modelu (cca 1300g) se autor rozhodnul pro neodpruţenou montáţ hlavního kola podvozku. Veškerá energie nárazu při přistání je tak pohlcena a disipována pěnovým materiálem mechové pneumatiky hlavního kola. Toto řešení se autorovi plně osvědčilo u předchozích modelů se vzletovou hmotostí do 1,5kg. Jak je patrné z přiloţené skicy, zamýšlel autor původně pro výrobu uloţení hlavního podvozkového kola pouţít příruby z letecké překliţky se šroubem M2, tvořícím osu kola. Letecká překliţka ale nemá zcela homogenní vlastnosti ve všech směrech a především nepřenáší dobře bodová zatíţení. Autor se tedy pokusil najít jinou alternativu k tomuto materiálu. Obr. 87 Skica několika stavebních detailů, včetně způsobu uchycení hlavního podvozkového kola (Autor) 126

132 Po kratším váhání a výrobě několika zkušebních vzorků se autor rozhodnul pro uloţení podvozkového kola v přírubách z plastické hmoty. Příruby pro uloţení podvozku jsou tedy nakonec vystřiţeny z desky PSH tloušťky 1,5mm, která bývá pouţívána na výrobu výstraţných tabulí. Tento materiál má vysokou houţevnatost, mechanickými vlastnostmi a hmotností se podobá letecké překliţce shodné tloušťky. Na rozdíl od překliţky, má ale homogenní vlastnosti ve všech směrech, disponuje vyšší mezí elasticity a lépe snáší bodová zatíţení. Autor ho s oblibou pouţívá pro výrobu ovládacích pák a u tohoto modelu se při letových zkouškách osvědčil i pro uloţení hlavního kola podvozku. Opracování tohoto materiálu se pomocí ostrých nůţek provádí podobně jednoduše, jako je tomu u letecké překliţky shodné tloušťky. Materiál navíc, na rozdíl od překliţky, nevyţaduje další povrchovou úpravu. Obr. 88 Výroba uložení kola hlavního podvozku (Autor) 127

133 Konstrukce svislé ocasní plochy Výhody uspořádání ocasních ploch do písmene T byly popsány v předchozích kapitolách. Jeho hlavní konstrukční nevýhodou jsou velké momenty, které působí na jeho uloţení. To musí zachycovat nejen stranová zatíţení, vznikající pohybem směrovky, ale také momenty od vodorovné ocasní plochy a přídavná zatíţení v krutu. Uloţení svislé ocasní plochy tedy musí být správně dimenzováno tak, aby těmto zatíţením odolalo. Na druhou stranu musí mít ocasní část co moţná nejniţší hmotnost, kvůli dodrţení vypočtené polohy těţiště letounu. Konstrukce kýlovky je tedy u tohoto modelu řešena jako kombinace několika materiálů s výrazně rozdílnými mech. vlastnostmi. Obr. 89 Nosná konstrukce svislé ocasní plochy (Autor) 128

134 Hlavní nosník tvoří balzový hranol (8x12)mm. Ten má dostatečný průřez pro zachycení ohybových a krutových momentů. Jeho uchycení do nosníku ocasních ploch je provedeno jako zapuštěné tak, aby byla zajištěna dostatečná kontaktní plocha. Pro vynesení posouvacích sil v uloţení jsou pouţity balzové klíny. Zavětrování hlavního nosníku je provedeno pomocným smrkovým nosníkem (2x10)mm, který slouţí zároveň jako velmi pevná náběţná lišta. Tento nosník je uloţen na koso, aby tak byla co nejlépe vyuţita jeho stavební výška. Kvůli zajištění co moţná největší kontaktní plochy je také zapuštěn do nosníku ocasních ploch. Uchycení vodorovné ocasní plochy je řešeno pomocí dvojice vrutů, které jsou zašroubovány do překliţkovo balzového sendviče tvořícího loţe VOP. Pro uchycení pantů, na kterých se pohybuje směrové kormidlo, slouţí balzová lišta (3x15)mm. Obr. 90 Uchycení vodorovné ocasní plochy a směrového kormidla (Autor) 129

135 Konstrukce směrového kormidla je patrná z následujících fotografií a je velmi jednoduchá. Tvoří ji ořezaný a obroušený výřez z desky EPP tloušťky 12mm. Obr. 91 Výroba směrového kormidla (Autor) Obr. 92 Ukázka hotové konstrukce svislé ocasní plochy, před potažením kýlovky (Autor) 130

136 Potah pevné části svislé ocasní plochy (kýlovky) je ohnutý z dílu připraveného z 5mm tlusté desky EPP. Před jeho přilepením bylo konstrukcí kýlovky vyvedeno táhlo výškového kormidla. Potah bylo nutné nejprve naohýbat do poţadovaného tvaru. Ohnutí desky EPP je nejsnazší několikanásobným přetaţením její vnitřní strany přes hranu stolu. Díky tomuto kroku ztratí materiál svou tvarovou stálost v poţadovaném směru a sníţí se pravděpodobnost praskání potahu během jeho ohýbání a lepení. Samotné lepení potahu na kýlovku modelu probíhalo v několika stavebních krocích tak, aby nedošlo k jeho zborcení a aby byl materiál po celém obvodu rovnoměrně napnutý. Obr. 93 Potahování svislé ocasní plochy (Autor) 131

137 Stavba vodorovné ocasní plochy Konstrukce vodorovné ocasní plochy vyuţívá za základ desku EPP tloušťky 10mm. Hlavní nosník VOP, který zároveň slouţí ke spojení polovin výškového kormidla, tvoří opracovaná balzová lišta 10x10mm. Zpevnění střední části pro roznesení sil z uloţení VOP, zabezpečuje trojúhelníková překliţková deska tloušťky 1,5mm. Postup stavby VOP by se dal shrnout takto: Vyřezání základního tvaru dílů z 10mm tlusté desky EPP Hrubé ořezání a dobroušení do aerodynamického tvaru Přilepení hlavního nosníku a jeho opracování Nalepení překliţkové výztuhy pro uloţení VOP Vydlabání montáţních otvorů pro panty Zalepení pantů do stabilizátoru a výškovky Obr. 94 Stavba vodorovné ocasní plochy (Autor) 132

138 Výroba náhonu ocasních ploch Vodorovná ocasní plocha je u tohoto modelu řešena jako odnímací, z toho důvodu bylo nutné vyrobit náhon výškovky jako rozebiratelný. Z několika různých moţností se autor nakonec rozhodnul pro pouţití kulového čepu z mosazi a ovládací koncovky táhla s okem z elastomeru. Tato ovládací koncovka se běţně pouţívá v automobilovém modelářství. Jako její hlavní výhodu autor vnímá moţnost rychlé a jednoduché montáţe, při sestavování před letem. Obr. 95 Náhon výškového kormidla (Autor) 133

139 Potahování nosníku ocasních ploch Pro zvýšení ohybové pevnosti a odolnosti povrchu nosníku ocasních ploch, vyrobeného z kombinace smrku a balzy (viz. kapitola ) se autor rozhodnul pro jeho potaţení vláknitou tkaninou, která bývá prodávána pod obchodním názvem Vlies. Jedná se v podstatě o syntetickou náhradu potahového papíru, který patří ke klasickým modelářským materiálům. Tato tkanina se na povrch modelu lepí pomocí hustého nitrolaku. Mezi její přednosti patří fakt, ţe je teplem smrštitelná. Následujícím krokem je tedy její vypnutí modelářskou ţehličkou, případně horkovzdušnou pistolí, při teplotě cca 230 C. Vypnutý povrch je potom několikrát lakován naředěným vypínacím nitrolakem. Po vyschnutí kaţdé jeho vrstvy, následuje vybroušení povrchu jemným smirkovým papírem, dokud nejsme s kvalitou povrchu dostatečně spokojeni. Tato povrchová úprava balzy velmi výrazně zvýší její pevnost a odolnost na otlačení. Obr. 96 Lepení potahu nosníku ocasních ploch (Autor) 134

140 Stavba centroplánu Vzhledem k poměrně úzké konstrukci trupové gondoly (z aerodynamických důvodů) a v poměru k ní velkému rozpětí křídel docházelo k přílišné koncentraci momentů působících na subtilní trup. Autor se tedy při stavbě rozhodnul pro rozšíření uloţení křídel pomocí centroplánu. Instalací centroplánu došlo k lepšímu roznesení sil a momentů v uloţení křídel a také se tím usnadnila jejich montáţ v následném provozu. Centroplán tohoto modelu svou konstrukcí vytváří rozebiratelné spojení křídel a trupu. Jeho hlavní nosnou částí je uhlíková trubka o vnějším průměru 8mm, která je v trupu uloţena jako průchozí a kvůli snaţšímu transportu modelu je řešena jako vyjímatelná. Tato trubka funguje v centroplánu jako hlavní nosník a přenáší především ohybová a smyková zatíţení z křídel. Další částí je aerodynamický přechod křídlo-trup, který vytváří vnější centroplán a pomocí vystřeďovacích čepů z bambusu přenáší krutové momenty vznikající na křídlech. Obr. 97 Výroba centroplánu (Autor) 135

141 Lepení hotového centroplánu k trupu bylo jednou ze stavebních operací, které byly velmi náročné na přesnost provedení, a také na pevnost lepeného spoje. Tato operace byla kritická pro dodrţení správné geometrie modelu. K pevnostnímu lepení bylo pouţito polyuretanového lepidla, prodávaného většinou pod názvem Purex. Toto lepidlo se při vytvrzování chová podobně jako PU montáţní pěna a výrazně zvětšuje svůj objem. Tento jev je moţné ještě zvýraznit navlhčením lepených dílů. Tato vlastnost lepidla umoţňuje vytvoření velmi pevného spoje. Díky této vlastnosti se Purex příliš nehodí pro lepení dílů, které jsou náročné na přesnost ustavení. Při jeho vytvrzování totiţ můţe vlivem nabobtnání snadno dojít ke vzájemnému posunutí lepených částí. Vzhledem k této vlastnosti lepidla se autor rozhodnul pouţít techniku dvojího lepení. Jak je patrné z první fotografie, není PU lepidlo na vnějším centroplánu naneseno aţ úplně k okraji dílu. V obvodovém pásu je ponechán prostor pro aplikaci CA lepidla. Toto lepidlo díky své krátké době tuhnutí (v řádu sekund) umoţňuje přesné ustavení lepených dílů. Obr. 98 Lepení centroplánu k trupové gondole (Autor) 136

142 Stavba křídel Vyříznutí polotovarů křídel Hrubý tvar křídel je vyříznut z bloku EPP o hustotě 30g/l pomocí modelářské pily s odporovým drátem. Maximální délka bloku EPP pro řezání touto pilou je 500mm. Proto bylo nutné řezat křídla ve čtyřech samostatných dílech. Princip práce s odporovou pilou je velmi jednoduchý, nicméně zvládnutí techniky řezání tak, aby výsledky měly uspokojivou kvalitu povrchu, vyţaduje určitou praxi. Samotná pila je tvořena rámem z nevodivého materiálu (dřevěné lišty), na kterém je napnutý odporový drát o průměru 1,8mm. Drát je napájen z trafostanice s měnitelným výkonem. Kaţdý materiál pochopitelně vyţaduje jinou teplotu řezání, kterou je nutné pokusně odzkoušet. Blok materiálu, ze kterého budeme řezat, je nutné pevně upnout k pracovní desce. Dále k němu připevníme plechové, případně kartitové šablony (ţebra křídla). Je vhodné, vyznačit si na tyto šablony body s roztečí 50mm po celé hloubce profilu a očíslovat si je. K samotnému řezání jsou potom potřeba dva lidé. Kaţdý drţí pilu z jedné strany bloku a plynule jí posouvá po profilu, zatímco hlásí dosaţení jednotlivých označených bodů. Tímto způsobem lze po několika pokusech dosáhnout vyříznutí poměrně přesného polotovaru s dostatečnou kvalitou povrchu. Obr. 99 Odporová pila a vyříznutý polotovar křídla (Autor) 137

143 Slepení polotovarů křídel a vlepení pásnic nosníku Prvním krokem stavby kaţdé poloviny křídel bylo slepení vyříznutých polotovarů jejich čtvrtin (viz. kapitola ). Samotné polotovary křídel mají při své maximální konstrukční výšce 40mm poměrně vysokou tuhost v krutu, nicméně jejich pevnost v ohybu nebyla dostatečná a bylo je nutné vyztuţit pásnicemi. Tyto pásnice jsou tvořeny uhlíkovými dráty o průměru 1mm, které jsou zapuštěny do konstrukce křídla v místě největšího prohnutí. Vlepení pásnic předcházelo vyříznutí dráţky, hluboké cca 2mm, podél celého polo-rozpětí křídla. První uhlíková pásnice byla následně vtlačena do materiálu tak, aby nevyčnívala nad povrch, a zároveň nijak nedeformovala tvar křídla. Do dráţky bylo následně nalito řídké CA lepidlo, které díky své nízké viskozitě dokáţe vyvzlínat i do nejmenších spár mezi díly. Při vlepování druhé pásnice bylo křídlo geometricky zkrouceno tak, aby na jeho konci vznikl negativ 3mm. Tato úprava zlepšuje chování modelu při přetaţení. Obr. 100 Vyříznutí drážky podél rozpětí křídel a zalepení uhlíkových pásnic (Autor) 138

144 Vlepení duralového lože hlavního nosníku Konstrukce křídel je v centroplánu vyztuţena nosníkem tvořeným uhlíkovou kulatinou o průměru 8mm, který je moţné zakoupit jako polotovar v modelářských prodejnách. Tento nosník slouţí pro sestavení obou polovin křídel. Ke spojení jejich polovin s trupem a k přenosu ohybových a smykových sil, které na uloţení křídel působí. Jako loţe uhlíkového nosníku, zalepené v křídle i v centroplánu, poslouţily duralové trubičky o vnitřním průměru 8mm. Tyto trubky je moţné zakoupit v modelářských prodejnách. Po zkrácení na příslušnou délku, začištění hran a navrtání příslušných otvorů do křídel byly tyto trubky vlepeny polyuretanovým lepidlem mezi stojiny hlavního nosníku. Polyuretanové lepidlo bylo pro tuto operaci zvoleno proto, ţe během tuhnutí zvětšuje svůj objem. Doslova tedy prorůstá vzduchovými mezerami mezi bublinami EPP. Vytváří tak v materiálu křídel jakousi síť. Tato síť potom slouţí k lepšímu roznesení sil, přenášených z uloţení nosníku, do konstrukce křídla a sniţuje tak bodové (přímkové) namáhání uloţení hlavního nosníku. Obr. 101 Lepení uložení hlavního nosníku z duralové trubičky (Autor) 139

145 Výroba křidélek a vztlakové mechanizace Další fází stavby bylo odříznutí křidélek a vztlakových klapek od slepených polotovarů křídel. K nově vzniklé odtokové hraně křídla byl následně přilepen pomocný nosník z balzy 4mm. Tento nosník byl vyříznut pomocí balzořezu a dobroušen tak, aby splynul s povrchem křídla. Hlavním účelem pomocného nosníku je vytvořit pevnou montáţní plochu pro zalepení pantů křidélek a vztlakové mechanizace, jak je dobře patrné z následujících obrázků. Obr. 102 Použité modelářské panty a řezání pomocného nosníku (Autor) Obr. 103 Uložení pomocného nosníku a pantů vztlakové mechanizace (Autor) 140

146 Pro uchycení vztlakových klapek byly pouţity ploché panty z termoplastu, které umoţňují montáţ klapek s minimální mezerou mezi nimi a křídlem v zasunutém stavu. Díky tomu není jejich uloţením tolik ovlivněno proudění kolem křídla. Tyto panty jsou dostupné jako příslušenství v modelářských prodejnách. Uloţení vztlakových klapek by mělo umoţňovat jejich výchylku aţ do úhlu 50 od tětivy profilu, pro účinné brţdění modelu při přistání na malém prostoru. Uchycení křidélek oproti vztlakovým klapkám musí umoţňovat výchylky v obou směrech. Dosedací plochy křidélek byly za tímto účelem dále opracovány do úkosů a zabroušeny tak, aby byl umoţněn jejich volný pohyb v obou směrech. K upevnění křidélek slouţí závrtné panty z termoplastu. Obr. 104 Závrtný pant a část ovládací páky křidélka (Autor) Následující obrázek ukazuje způsob montáţe křidélek a také přibliţnou velikost jejich výchylek. Výchylka křidélka vzhůru je přibliţně dvojnásobná, oproti výchylce dolů. Tento způsob pohybu křidélek se nazývá diferenciace výchylek a vyuţívá se ho pro potlačení jejich nechtěného zatáčivého vlivu. Obr. 105 Uložení křidélka pomocí závrtného pantu (Autor) 141

147 Vypálení montážních otvorů pro uložení serv a vedení konektorů K vytvoření montáţních otvorů pro serva v křídlech z EPP se autorovi nejlépe osvědčilo jejich vypálení obyčejnou trafopáječkou s výměnným odporovým drátem a pracovní teplotou cca 200 C. Je moţné si naohýbat různé tvary odporových drátů, a tím si výrazně usnadnit některé pracovní operace. Vzhledem k toxicitě výparů vznikajících při této práci, je vhodné pracovat ve velmi dobře větrané místnosti a pouţívat minimálně masku s respirátorem. Obr. 106 Způsob vypalování montážních otvorů pro serva křidélek (Autor) 142

148 Výroba koncových oblouků křídel Vzhledem ke skutečnosti, ţe model je vybaven pouze jednostopým přistávacím podvozkem, dochází při přistání ke sklopení na jedno křídlo. Za ideálních podmínek se křídlo poloţí na zem aţ po zastavení modelu. Podobně jako je tomu při přistání větroně. Nicméně autor se ve snaze zvýšit odolnost modelu při přistání rozhodnul pro výrobu koncových oblouků křídel z kombinace překliţky a balzy. Tato metoda výroby koncových oblouků se autorovi velmi osvědčila u předchozích modelů. Pokud by totiţ byly koncové oblouky vyrobeny z EPP, během provozu modelu by docházelo k jejich rychlému opotřebování. Pokud by pro jejich výrobu zvolil autor pouze balzu, byla by jejich hmotnost sice poněkud niţší (cca o 5g u jednoho), nicméně jejich pevnost by byla podstatně niţší. Balza propůjčuje zvolené sendvičové konstrukci vysokou stavební výšku a tvarovou stálost při nízké hmotnosti. Zatímco třívrstvá letecká překliţka o tloušťce 1,5mm jí dává vysokou pevnost v ohybu a zajišťuje koncovému oblouku správný tvar během broušení. Konstrukce je dobře patrná z následujícího obrázku. Obr. 107 Konstrukce koncových oblouků křídel (Autor) 143

149 Upevnění křídel a přenos sil do centroplánu Pro usnadnění transportu modelu jsou křídla řešena jako dělená. Spojují se s trupem pomocí uhlíkového nosníku a distančních čepů v centroplánu. Zatímco hlavní nosník přenáší především ohybová zatíţení a distanční čepy zachycují krutové momenty, bylo potřebné vyřešit také způsob suvného zajištění křídla. Autor nejprve zvaţoval různá konvenční řešení tohoto problému. Nabízelo se suvné uchycení křídel pomocí modelářské gumy, závrtných šroubů v křídlech, případně pomocí různých mechanických zámků. V zájmu urychlení sestavení modelu před letem se autor nakonec rozhodnul pro poněkud nekonvenční řešení suvného uloţení křídla pomocí dvojice neodymových magnetů. Tyto magnety jsou na českém trhu prodávány v široké škále velikostí a s různými magnetickými vlastnostmi. Na jejich prodej se specializuje několik firem a internetoých obchodů, takţe je moţné zvolit si ideální typ magnetů, pro poţadovanou aplikaci. Obr. 108 Nabídka magnetů různých tvarů, velikostí a polarizací (magsy.cz [54]) 144

150 Nejdůleţitějším parametrem při volbě vhodného magnetu pro uchycení křídel modelu je velikost síly, kterou je nutné vyvinout, pro jeho oddělení. Tedy odtrhová síla. Takto se nazývá síla, potřebná k odtrţení magnetu od desky tloušťky 10 mm, vyrobené z oceli třídy 11. Pro tento model se pro uchycení křídel ukázala ideální dvojice magnetů 15x4mm. Odtrhová síla neodymového magnetu 15x4mm je podle prodejce Magsy, u kterého byly magnety zakoupeny, přibliţně 46N. Při spojení dvou neodymových magnetů 15x4mm dohromady je tedy moţné předpokládat odtrhovou sílu přibliţně 90N. Taková síla se během letových zkoušek modelu ukázala jako naprosto dostatečná pro přichycení křídla o rozpětí 2m. Odtrhová síla 90N zároveň dovoluje oddělení křídel, pokud během provozu dojde ke kontaktu s překáţkou. Díky tomu se v případě havárie sniţuje pravděpodobnost poškození nejen modelu, ale také zdraví a majetku třetích osob. 145

151 5.7. Montáž palubní elektroinstalace Zapojení palubní sítě Vzhledem k rozebiratelnému uloţení křídel a stupni mechanizace, kterým je křídlo vybaveno, bylo nutné vyřešit způsob přenosu napájení a ovládacího signálu od přijímače k jednotlivým servům. V modelu se celkově nachází šest serv, ke kaţdému z nich vedou tři vodiče +,- a signal. Tyto vodiče jsou vedeny na poměrně značnou vzdálenost. Jejich celková délka u tohoto modelu přesahuje 3m. K propojení jednotlivých serv s přijímačem poslouţily tříţilové vodiče s koncovkami pro opakovanou montáţ a demontáţ serv, vyráběné českou modelářskou firmou MP-JET. Tyto vodiče byly upraveny na patřičnou délku pájením. Palubní elektroinstalace je schematicky naznačena na následujícím obrázku. Obr. 109 Schéma palubní elektroinstalace (Autor) 146

152 Následující obrázek ukazuje přijímač radiového signálu, se zapojenými servy ocasních ploch a prodluţovacími vodiči, které slouţí k napájení a přenosu řídícího signálu k servům v křídlech. Délka kaţdého prodluţovacího vodiče vedeného trupem je 30cm. Délka vodičů zalepených v křídle je 60cm u křidélkových serv a 30cm u serv vztlakové mechanizace. Celková délka potřebné kabeláţe je tedy 320cm a její celková hmotnost včetně konektorů 87g. Tvoří tak přibliţně 7% vzletové hmotnosti modelu (1300g). Obr. 110 Osmikanálový přijímač rádiového signálu Futaba s připojenými prodlužovacími konektory a servy ocasních ploch (Autor) 147

153 Montáž pohonné jednotky Pohonná jednotka je tvořena střídavým elektromotorem s rotačním pláštěm ASTRIA BM kV a vrtulí GWS 1040, připevněnou pomocí duralové montáţní příruby. Její součástí je také elektronický regulátor otáček SIMONIZ 20A. Všechny tyto díly jsou dodávány jako hotová modelářská elektronika. Jejich spojení je provedeno připájenými zlacenými konektory o průměru 5mm, které autor s oblibou pouţívá. Tyto konektory jsou vhodné pro maximální proudy do 30A, coţ je pro danou aplikaci zcela dostatečné. Změřený proudový odběr s danou vrtulí byl špičkově 18A a 15A trvale, s přípustí nastavenou na plný výkon. Tah změřený při tomto odběru pomocí váhy odpovídal přibliţně 9,12N (930g). Uchycení pohonné jednotky do trupu je řešeno jako rozebiratelné, pomocí čtyřech vrutů 2x8mm. Vruty jsou zašroubovány do přepáţky, která je slepená z desky třívrstvé letecké překliţky a balzy 4mm. Motorová přepáţka je při pohledu ve směru letu zalepena pod úhlem cca 4 dolů a 2 doprava. Díky tomu jsou potlačeny reakční momenty, které vznikají rotací masy motoru. Toto vyosení také sniţuje vliv aerodynamických sil, které souvisí s vlastnostmi vrtulového proudu a s jeho asymetrickým obtékáním SOP. Obr. 111 Pohonná jednotka a motorové lože (Autor) 148

154 Montáž serv pro ovládání ocasních ploch Následujícím stavebním krokem byla montáţ serv pro ovládání ocasních ploch. Ocasní plochy ovládají serva Tower Pro SG 92 R s maximálním tahem 2,8kg. Tato serva jsou umístěna v trupové gondole u kořene nosníku ocasních ploch. Jejich montáţ je provedena ocelovými šrouby do nosníků ze smrkových lišt 5x5mm. Kvůli malé stavební šířce trupu, kterou autor volil pro sníţení škodlivého aerodynamického odporu trupu, musí být serva ocasních ploch umísněna za sebou. Jejich montáţ je provedena v nejniţším místě trupu, přímo pod krytkou pro výměnu akumulátorů. Toto umístění umoţňuje pohodlný přístup k servům pro případné seřízení chodu lanovodů, nastavení nulové polohy ovládací plochy, změnu velikosti páky serva (změna velikosti výchylky ovládací plochy), případně pro servis během provozu. Obr. 112 Montáž serv pro náhon ocasních kormidel (Autor) 149

155 Montáž serv pro ovládání křidélek a vztlakové mechanizace Běţný způsob náhonu obou křidélek pomocí kulisy, poháněné jedním servem, byl vzhledem k rozebiratelnému způsobu uloţení křídel nevhodný. Bylo tedy nutné pouţít pro náhon kaţdé pohyblivé části mechanizace křídla samostatné servo. V kaţdé polovině křídla jsou tedy osazena dvě serva. Jedno z nich ovládá křidélko a druhé příslušnou vztlakovou klapku. Pro pohon křidélek jsou pouţita 9g miniserva HTX 900, která mají výrobcem udávaný tah 3,7kg. K ovládání vztlakové mechanizace autor zvolil 5g serva HTX 500. Tato serva mají udávaný tah 2,9kg. Autor vycházel z předpokladu, ţe zatímco servo křidélka musí mít dostatečný tah pro dosaţení maximální výchylky i při vysokých rychlostech letu, vztlaková mechanizace se pouţívá prakticky pouze při vzletu a při přistání, případně během krouţení v termice. Všechny zmiňované reţimy letu se zpravidla odehrávají při nízkých rychlostech. Díky tomu jsou menší i tahové síly, které jsou pro ovládání vztlakových klapek nezbytné. K vedení napájení a ovládacího signálu slouţí tříţilové vodiče MP JET. Obr. 113 Vedení kabeláže k servům v křídlech (Autor) 150

156 Montáţ serv křidélek a vztlakových klapek v křídle je řešena pomocí plastových krytek. Tyto krytky jsou prodávány v modelářských prodejnách jako příslušenství pro stavbu modelů letadel. Jejich upevnění do křídel je provedeno pomocí vrutů se zápustnou hlavou. Rozebiratelný způsob montáţe serva je velmi důleţitý pro naprogramování správného chodu před zalétáváním, pro změnu velikosti výchylek, nastavení nulové polohy páky a také pro případnou výměnu vadného serva. Obr. 114 Krytka serva vztlakové klapky (Autor) 151

157 5.8. Povrchová úprava Pro finální povrchovou úpravu modelu byly zvoleny výrazné odstíny syntetických barev Industrol, se kterými má autor v modelářské praxi dobré zkušenosti. Zbarvení modelu bylo inspirováno druhoválečnými bezpilotními letouny britské provenience. Nosné a ovládací plochy těchto strojů bývaly často natřeny výraznou ţlutou barvou tak, aby měl operátor za letu dobrý přehled o poloze stroje. Při bliţším letu pro ověření funkce ovládání pak byla také snadněji rozpoznatelná velikost aktuální výchylky řídících prvků. Pro barvení EPP se autorovi nejlépe osvědčilo pouţívat štětce s tuhými štětinami. Nanášení barvy jinými postupy (stříkáním, válečkem) nevede k poţadovaným výsledkům. Barva nezatéká správně do pórů materiálu a je nutné ji nanášet větší mnoţství, coţ zbytečně přidává modelu na hmotnosti. Obr. 115 Finální barevná úprava modelu (Autor) 152

158 5.9. Fotografie hotového modelu Obr. 116 Hotový model (Autor) 153

159 Jedním ze základních poţadavků na budoucí model byla jeho snadná přepravitelnost. V rozloţeném stavu Letoun zabere prostor (120 x 30 x 10) cm. Sestavení před letem trvá přibliţně dvě minuty a model připravený k letu má rozměry (200 x 120) cm. Obr. 117 Hotový model v rozloženém stavu, připravený k transportu (Autor) 154

160 5.10. Zalétávání Zalétávání modelu probíhalo ve druhé polovině dubna Program letových zkoušek zahrnoval dohromady 10 zalétávacích letů, během kterých byly ověřovány různé konfigurace modelu První let modelu První dva lety se uskutečnily v neděli , ještě s provizorním způsobem montáţe palubní elektroinstalace, bez podvozku (zálet nad vzrostlou trávou). S externím vedením antény přijímače a bez různých drobných krytek, které nejsou pro provoz modelu nezbytné (jak je patrné z následujících fotografií). Model letěl hned při prvním letu velmi klidně a nebylo nutné rozsáhlejší trimování. Poloha těţiště tedy byla stanovena správně a model se podařilo postavit souměrný. Autora překvapila výborná stabilita modelu. Přestoţe během záletu foukal mírný vítr (3-5m/s), byl letoun velmi stabilní a na střihy větru a konvektivní turbulence reagoval minimálně. Autorovi nevyhovovala pouze přílišná citlivost na zásahy do výškového kormidla. Před dalšími lety bylo nutné sníţit velikost jeho výchylek. Vzlet byl proveden se vztlakovými klapkami v první poloze (20 ). V této konfiguraci je model naprosto nezáludný a jeho chování při ztrátě rychlosti je dobře čitelné. Po nastoupání cca 30m a akceleraci modelu, došlo v přímém letu k zasunutí vztlakových klapek. Model reagoval na toto sníţení aerodynamického odporu zvýšením rychlosti letu a nevykazoval změnu tíţivosti. Jeho let se stabilizoval a v souladu s teoretickými předpoklady se také zvýšila jeho stoupavost. Autorem odhadovaná na cca 2m/s při plném výkonu motoru. 155

161 Pádové vlastnosti modelu Po nastoupání dostatečné výšky cca 200m se autor rozhodnul vyzkoušet pádové vlastnosti modelu. Prvním prvkem bylo pokusné překročení kritického úhlu náběhu s násobkem 1, neboli ztráta rychlosti v horizontálním letu s nulovým příčným náklonem a podélným náklonem odpovídajícím kritickému úhlu náběhu. Autor při provádění tohoto manévru udrţoval horizontální let bez příčného náklonu a postupně stahoval plyn. Tendence modelu klesat byla korigována přitahováním výškovky, aţ do okamţiku překročení kritického úhlu náběhu. Vztlakové klapky v poloze 0 (0 ) Při překročení kritického úhlu náběhu má model tendenci přepadávat na levé křídlo a pokud pilot včas nezareaguje potlačením výškovky, případně ještě nekontruje směrovkou, dojde k pádu modelu do vývrtky. Pokud pilot pustí ovladače do neutrálu, má model tendenci z vývrtky samovolně vybíhat po přibliţně jedné otočce. Ztráta výšky při tomto manévru je zhruba 50m. Vztlakové klapky v poloze 1 (20 ) Na překročení kritického úhlu náběhu model v této konfiguraci reaguje tak, ţe se velmi dlouho pouze prosedá a pád po křídle nastává aţ při plném přitaţení výškového kormidla. Po návratu kormidel do neutrálu se model stabilizuje velmi rychle. Ztráta výšky při tomto manévru je zhruba 20m. Vztlakové klapky v poloze 2 (50 ) Model v této konfiguraci reaguje na překročení kritického úhlu náběhu v horizontálním letu pouze prosedáním a pád po křídle nenastává, ani při plném přitaţení výškového kormidla. S největší pravděpodobností je to dáno především značným aerodynamickým zkroucením křídla v této konfiguraci. K odtrţení proudu na křídlech dochází především na jejich vnitřních polovinách, zatímco vnější poloviny křídel ještě stále generují nějaký vztlak. Po návratu kormidel do neutrálu se model stabilizuje prakticky okamţitě. Ztráta výšky při tomto manévru záleţí na pilotovi. 156

162 Po provedení těchto manévrů byl program prvního letu vyčerpán a autor pokračoval manévrem pro přistání modelu. Přiblíţení na přistání prováděl okruhem, podobně jako se skutečným letounem. Před třetí okruhovou zatáčkou vysunul autor klapky do polohy 1, opadání modelu se vlivem zvýšeného odporu zvýšilo a jeho let se stabilizoval. Autor během tohoto manévru nepozoroval ţádnou změnu tíţivosti. Po dotočení na finále vysunul autor vztlakové klapky do polohy 2 a úpravu rozpočtu prováděl pomocí plynové přípusti. Samotné přistání probíhalo velmi jednoduše, přetaţením a zachycením modelu do vzrostlé trávy. Rychlost pro přiblíţení modelu na finále s klapkami v poloze 2, je autorem odhadována na přibliţně 4m/s. 157

163 Fotografie z prvního letu Obr. 118 První vzlet modelu (Foto Z. Raclavská) 158

164 Obr. 119 Fotografie z prvního letu modelu (Foto Z. Raclavská) 159

165 Další program zalétávání Druhý let modelu byl proveden po zmenšení výchylek výškového kormidla a zavedení exponenciálního průběhu (-70%) na směrovém kormidle. Tento let slouţil především k ověření správně zvolené velikosti výchylek ovládacích ploch, a také k vyzkoušení základních akrobatických vlastností modelu. Po vzletu provedl autor ověření správného nastavení výchylek výškového kormidla, a také správné exponenciality výchylek na všech ovládacích plochách. Reakce modelu na zásahy do řízení byly nyní hodnoceny jako dobré a reakce na ně snadno čitelné. Po vystoupání do cca 150m vyzkoušel autor při letu cestovní rychlostí tzv. high speed stall. Tedy odtrţení proudění na křídle, při letu vysokou rychlostí. Z prvního letu totiţ získal dojem, ţe model k němu bude při zasunutých vztlakových klapkách náchylný. Při plném přitaţení výškového kormidla došlo k okamţitému překročení kritického úhlu náběhu na levém křídle a autorotačnímu otočení modelu do letu na zádech. Autor tento manévr vybral přitaţením a obráceným půlpřemetem. Další program zalétávání zahrnoval základní akrobatické obraty. Model sice není primárně určen pro akrobatické létání, nicméně pro ověření jeho letové obálky je vhodné základní akrobacii vyzkoušet. Jednalo se o přemet, výkrut, souvrat a noţový let. Všechny tyto obraty model zvládnul s přehledem a noţový let byl (zřejmě díky relativně velké boční ploše trupu před těţištěm) velmi snadno řiditelný. Další fáze zalétávání se zaměřovaly na letecké snímkování a hledání optimálního stylu létání, pro pořizování co moţná nejkvalitnějších záběrů. 160

166 5.11. Závěry ze zalétávání Jedním ze základních poţadavků na model byl krátký čas, potřebný k montáţi před letem. Výsledný čas montáţe modelu se pohybuje kolem dvou minut. Dosaţení tak krátkého času bylo umoţněno především pouţitím neodymových magnetů 11x3mm, pro suvné přichycení křídla. Toto konstrukční řešení není příliš běţné a autor ho u svého modelu pouţil poprvé. Nicméně v provozu se plně osvědčilo. Letové vlastnosti modelu hodnotí autor celkově jako dobré. Oceňuje především jeho vysokou stabilitu v turbulenci a při správném pouţívání vztlakové mechanizace také velký rozsah rychlostí letu. Nicméně jeho letové vlastnosti nejsou vhodné pro úplného začátečníka v RC létání. Pokud model letí v čisté konfiguraci, je nutné udrţovat si určitou rychlostní rezervu a pokud to není nezbytně nutné, neprovádět utaţené zatáčky o náklonu větším neţ cca 45. Při niţších rychlostech letu dochází u modelu se zasunutými klapkami k překročení kritického úhlu náběhu poměrně snadno. Lety v menších výškách (pod 50m), manévry před přistáním a zatáčky s větším náklonem, je vhodné provádět raději se vztlakovými klapkami vysunutými do polohy 1. Na druhou stranu vysunutí vztlakových klapek do polohy 1 způsobuje zanedbatelný nárůst aerodynamického odporu a nepřináší prakticky ţádnou změnu tíţivosti modelu. Díky tomu je moţné ponechat klapky vysunuté po značnou část letu, aniţ by došlo k výraznému zkrácení vytrvalosti. Svým letovým projevem model celkově odpovídá autorovým představám. Stabilitou letu v turbulenci dokonce velmi mile překvapil. Letoun je schopen potlačovat drobná vychýlení z rovnováţného stavu prakticky sám. Dává tak pilotovi více prostoru pro soustředění se na pořizování kvalitních záběrů. Pádové vlastnosti modelu v čisté konfiguraci sice nejsou úplně optimální, nicméně vzhledem k moţnosti vyuţití vztlakové mechanizace jsou akceptovatelné. Autor dále uvaţuje o montáţi turbulátorů na křídlo. Slibuje si od nich zlepšení pádových vlastností modelu a jeho chování při letu na vysokých úhlech náběhu. 161

167 5.12. Ukázky fotografií pořízených tímto modelem Obr. 120 Letecké záběry pořízené modelem Letoun - výřezy (Autor) 162

168 6. Vývoj a konstrukce modelu letadla pro AP Quadrokoptéra : Tato kapitola se věnuje modelu letadla, který bývá širokou veřejností většinou označován jako dron. Jeho správný název zní Quadrokoptéra a dle definice Dodatku X se jedná o model letadla (viz. kapitola 4.1.). V českých odborných kruzích je také poměrně rozšířený zkrácený název Quadra Motivace pro pořízení modelu Hlavní motivací pro pořízení této quadrokoptéry, byla snaha o získání platformy pro letecké snímkování v malých výškách (do 100m) a v malých vzdálenostech od snímaných objektů (za předpokladu dodrţení poţadavků, daných dodatkem X). Jedním z důvodů pro pořízení modelu byl také fakt, ţe zatímco model letounu zabere i v rozloţeném stavu poměrně dost prostoru a jeho sestavení na místě trvá nějaký čas, quadrokoptéru je moţné trvale převáţet v kufru osobního automobilu a je prakticky okamţitě připravena k letu. Díky tomu je moţné zachytit některé zajímavé světelné podmínky a z nich plynoucí kompozice, divokou faunu, případně přírodní úkazy krátkého trvání. Koptéra navíc není tak citlivá na vítr a turbulence v okolí překáţek, jako model letounu. 163

169 6.2. Stanovení základních parametrů a volba modelu Vzhledem k poţadavkům na budoucí model bylo autorovi uţ od začátku jasné, ţe se bude jednat o koptéru. Volba počtu a uspořádání pohonných jednotek však ze začátku nebyla úplně jasná. Současné koptéry se podle počtu pohonných jednotek a jejich uspořádání dělí do následujících skupin: Uno-koptéry - pokusné speciály, bohatě stabilizované palubní elektronikou Duo-koptéry - koaxiální s dodatečnou stabilizací pomocí kardanova rámu Tri-koptéry - směrová stabilizace pomocí naklápění zadního motoru servem Quadro-koptéry - nejrozšířenější platforma, vysoká stabilita při nízkých nákladech Hexa-koptéry - velmi stabilní platformy, většinou profesionální drony pro AP Okto-koptéry - konstrukce dvojité quadrokoptéry se zdvojenými tlačnými/taţnými motory z důvodu bezpečnosti, případně potřeby vysoké nosnosti n-koptéry - stroje pro speciální úkoly, případně prototypy 164

170 Obr. 121 Současné typy klasických koncepcí koptér + smysl rotace jejich motorů (rcgroups.com [55]) Základním poţadavkem na budoucí model byla schopnost dosahovat dostatečných výkonů, při zatíţení akční kamerou SJ 4000 ve voděodolném pouzdru a s montáţními přírubami. Nosnost modelu by tedy měla být minimálně 200g. Dalšími poţadavky byla Open Source architektura, aby bylo moţné model dále vylepšovat (baro senzor výšky, GNSS modul, modul pro FPV, moţnost generování signálu pro stabilizátor kamery...). V neposlední řadě se autor snaţil také o minimalizaci pořizovacích nákladů na budoucí model, ne ovšem na úkor jeho spolehlivosti. Vzhledem ke skutečnosti, ţe autorovou snahou byla stavba dostatečně stabilního stroje s minimálními pořizovacími náklady, rozhodnul se nakonec pro Quadrokoptéru. Tato koncepce je totiţ jakousi zlatou střední cestou. Nabízí dostatečnou stabilitu letu, při minimálních pořizovacích nákladech. 165

171 Následující obrázek ilustruje princip manévrování quadrokoptéry. Velikost modrých šipek odpovídá velikosti aktuálního tahu jednotlivých pohonných jednotek a červené šipky znázorňují výsledný směr pohybu prostředku. Obr.122 Způsoby manévrování quadrokoptéry (uav-society.blogspot.cz [56]) Jakmile se autor rozhodnul pro quadrokoptéru, začal se zabývat výběrem vhodného modelu. S ohledem na fakt, ţe měl k dispozici dostatečně kvalitní kamerové vybavení, kvalitní modelářskou radiostanici a pohonné akumulátory, zavrhnul moţnost pořízení hotového setu. Nejprve uvaţoval o stavbě vlastního rámu. Ovšem vzhledem k faktu, ţe měl do té doby zkušenosti především s modely s pevným křídlem, pouze minimum zkušeností s vrtulníky a nulové zkušenosti s quadrokoptérami, rozhodnul se raději pouţít za základ pro stavbu profesionální stavebnici. Po krátkém hledání padla volba na F 450 Flywheel, vyráběný společností DJI. 166

172 6.3. Stavba modelu Hrubá stavba quadrokoptéry byla ve srovnání s konstrukcí a stavbou výše zmiňovaného modelu letounu výrazně snazší a rychlejší. Bylo to dáno především faktem, ţe se autor rozhodnul jako základ pro stavbu tohoto modelu vyuţít stavebnici rámu. Rám F 450 Flywheel od společnosti DJI, je jakýmsi etalonem mezi stavebnicemi quadrokoptér. Tvoří ho dvě základové desky, vyříznuté z uhlíkového kompozitu. Ramena nesoucí motory jsou vyrobena ze speciálního elastomeru s nasekanými skelnými vlákny. To jim propujčuje vysokou tuhost při nízké hmotnosti. Spojení jednotlivých částí rámu je provedeno imbusovými šrouby se závity M2 a M3, které se šroubují do zalisovaných mosazných matic. Díky tomu je rám jednoduše rozebiratelný a umoţňuje jednoduchou montáţ a demontáţ palubní elektroniky. Daleko jednodušší je také případná výměna poškozených částí. Obr. 123 Stavebnice DJI F 450 (dji.com [57]) 167

173 F450 Flame wheel Specifikace podle výrobce Hmotnost rámu 282g Diagonální základna 450mm Maximální vzletová hmotnost (MTOM) 1600g Doporučené motory 22 15mm, nebo 22 12mm Doporučené regulátory ESC 30A OPTO ( )Hz Doporučené vrtule in ; 8 4.5in Doporučené akumulátory 3S~4S LiPol Vlastnosti modelu testovaného autorem Reálná hmotnost rámu 287g Předpokládaná vzletová hmotnost (TOM) 1400g Reálná vzletová hmotnost včetně kamery (TOM) 1385g Pouţité motory SIMONK 22 x 12 / 920kV Pouţité regulátory SIMONK 30A 490Hz Pouţité vrtule in Pouţité akumulátory 3S1P LiPol 3500mAh Hodnoty tahu použitých pohonných jednotek Tah kaţdé pohonné jednotky (SIMONK 22x12/920kV s vrtulí 10x4.5in), vyjádřený z praktických důvodů v [g], byl autorem změřen pomocí vahadla připevněného k obyčejné kuchyňské váze. Přípusť plynu 75% Přípusť plynu 100% T[g] = 365g (1460g celkem) T[g] = 523g (2092g celkem) Při předpokládané max vzletové hmotnosti modelu MTOM = 1600g, by tedy tyto motory měly mít dostatečnou rezervu tahu, pro zajištění bezpečného letu 168

174 Palubní elektroinstalace Řídící jednotka Základním kamenem palubní elektroinstalace tohoto modelu, je jeho řídící jednotka. Autor si jako řídící jednotku zvolil typ CC3D (Copter Control 3D) od firmy Open Pilot. Jedná se o integrovaný obvod, který vyuţívá piezoelektrických gyroskopů. Pro tento typ se rozhodnul především pro jeho Open Source architekturu, která dovoluje nastavení cca parametrů a moţnost nahrání různých ovládacích softwarů. Klíčové vlastnosti CC3D dle výrobce Rozměry: 36 x 36 mm Hmotnost: 5,6 g Procesor STM32F1, 72 MHz Akcelerometr/gyroskop: MPU6000 Firmware: OpenPilot, CleanFlight, Libre Pilot, BetaFlight Připojení k počítači: MiniUSB Obr. 124 Řídící jednotka Copter Control 3D osazená v modelu Quadrokoptéra (Autor) 169

175 Pohonné jednotky Pohonné jednotky této quadrokoptéry tvoří čtyři bezkomutátorové elektromotory s rotačním pláštěm SIMONK 2212/920kV, se speciálními vrtulemi DJI 10x4.5in. Obr. 125 Elektromotor SIMONK 2212/920kV s vrtulí DJI 10x4.5in (Autor) Tyto vrtule jsou určeny speciálně pro pouţití v n-koptérách. Jejich aerodynamické vlastnosti totiţ umoţňují stabilizované klesání ve visu. Při tomto způsobu klesání letí koptéra ve vlastních vrtulových proudech a při pouţití běţných vrtulí dochází k velmi silným vibracím, které zcela znehodnocují pořizované záběry a za určitých podmínek mohou ohrozit bezpečnost letu modelu. Pro kombinaci těchto motorů a vrtulí se autor rozhodnul především kvůli jednoduchému a rychlému způsobu jejich vzájemné montáţe. Zatímco běţné vrtule se k motoru montují pomocí sklíčidel, gumových unášečů, případně pomocí různých speciálních úchytů. Vrtule DJI 10x4.5in jsou řešeny jako samo-utahovací. Pro montáţ vrtule na motor tedy postačí její nasunutí na osu motoru a lehké protočení proti směru rotace. Vrtule se dostatečně dotáhne sama, po roztočení motoru. Samo utahovací způsob montáţe vrtule výrazně usnadňuje přepravu koptéry a urychluje montáţ vrtulí před letem. 170

176 Regulátory otáček motorů K ovládání otáček střídavých elektromotorů quadrokoptéry musí být pouţity speciální regulátory s rychlou odezvou. Regulátory (ESC) a jejich nastavení zásadním způsobem ovlivňují chování koptéry a tvoří mezičlánek mezi řídicí jednotkou a motory. Hlavním poţadavkem pro výběr ESC, je způsob zpracování řídicího signálu a rychlost změny na výstupu. Tedy schopnost rychle reagovat na změny v nastavení otáček motoru. K připojení regulátorů k elektromotorům slouţí zlacené konektory o průměru 5mm, které autor ke kabeláţi jednotlivých komponent připájel a náleţitě odizoloval, během stavby modelu. Díky tomuto způsobu spojení je moţné prostým zaměněním libovolných dvou dvojic z trojice konektorů, změnit smysl rotace motorů. Zároveň se tím usnadňuje případná výměna elektromotorů (případně regulátorů), pokud by mělo dojít k jejich poškození. Obr. 126 Konektory pro spojení regulátoru s elektromotorem (Autor) 171

177 Průměrné proudové toky za letu odpovídají cca 12A (16A špičkově), na kaţdý motor. Kroucení silových vodičů elektromotoru (dobře patrné v levé části obrázku 126) slouţí k potlačení elektromagnetického rušení, které je při těchto proudových tocích emitováno. Regulátory otáček byly ke konstrukci připevněny pomocí zip-pásek. Tento způsob uchycení umoţňuje dostatečné chlazení regulátorů. Navíc je tak zajištěna moţnost jejich snadné demontáţe a výměny, při případných opravách modelu. Obr. 127 Připevnění regulátorů otáček ke konstrukci modelu (Autor) 172

178 Přijímač rádiového signálu Při pouţití přijímače ovládacího signálu, který pracuje na frekvenci 35Mhz, bylo nutné řešit uloţení jeho antény. Anténa by ideálně měla být umístěna mimo konstrukci modelu, aby se tak minimalizovala moţnost elektromagnetického rušení signálu. Anténa přijímače je dobře patrná (na obrázku 128). Tvoří ji mosazný drát o průměru 0,2mm, zatavený v oranţové buţírce. Pro montáţ antény na model pouţil autor konstrukci slepenou z pedigu. Jedná se o klasický modelářský materiál, který se v současnosném modelářství pouţívá především při stavbě historických modelů. Tento materiál se po namočení snadno ohýbá a má velmi nízkou hmotnost. Pro toto konkrétní pouţití je důleţitý především fakt, ţe pedig je elektromagneticky zcela pasivní. Díky tomu mohl být pouţit jako jádro pro navinutí antény přijímače, která je tak vyvedena mimo zdroje elektromagnetického rušení.těmito zdroji jsou, kromě silových vodičů napájení, především el. motory a jejich regulátory. Obr. 128 Přijímač rádiového signálu s anténou na pedigové konstrukci (Autor) 173

179 Pohonné akumulátory Jako pohonné zdroje slouţí profesionálně vyráběná sada třech Li-Pol akumulátorů s kapacitou 3500mAh. Tyto akumulátory jsou v sadě spájeny sériově. Kaţdý článek má nominální napětí 3,7V. Celkové nominální napětí sady je tedy 11,1V. Konstrukce těchto Li-Pol akumulátorů odpovídá posledním trendům v tomto odvětví a výrobcem je označována jako Nano-Tech. Na rozdíl od starších typů Li-Pol akumulátorů, jsou tyto schopny snášet vysoké vybíjecí a nabíjecí proudy. Jejich dodavatel BIGHOBBY.cz garantuje vybíjecí proudy 25-50C. Tedy 25-50ti násobek jejich kapacity. Při kapacitě 3500mAh, by tedy sady měly být schopné během vybíjení odevzdávat proudy 87A trvale a aţ 175A ve špičkách (max 30s). Vzhledem ke zkušenostem autora s provozem menších akumulátorových sad této konstrukce, je nutné dané hodnoty brát s rezervou. Proudové odběry na hraně výrobcem udávaného rozsahu, totiţ výrazně sniţují jejich ţivotnost. Během provozu tohoto modelu dosahují proudové špičky max 70A, coţ zajiš tuje dostatečnou rezervu ţivotnosti akumulátorů. Obr. 129 Akumulátorové sady LiPol 3S1P 3500mAh, používané v modelu (Autor) 174

180 Sestavení rámu Samotné sestavení rámu F450 pomocí dodávaných imbusových šroubů bylo velmi jednoduché a všechny díly při něm dokonale lícovaly. Během sestavování rámu byla zároveň prováděna instalace palubní elektroniky tak, aby při ní byly všechny komoponenty dobře přístupné. Ke spojení jednotlivých komponentů pouţíval autor pájených spojů, případně výše zmiňovaných zlacených konektorů, které ke kabeláţi pájel cínovou pájkou a pojišťoval teplem smršťitelnými buţírkami. Pájené spoje na rámu modelu byly v dalších krocích stavby elektricky odizolovány pomocí speciální barvy na kontakty. Obr. 130 Pájení elektroinstalace a izolace pájených spojů (Autor) 175

181 Kalibrace Jednou z nejdůleţitějších úkonů při stavbě nové quadrokoptéry, je kalibrace její řídící jednotky. Vzhledem k Open Source architektuře CC3D si autor mohl vybrat z několika řídících softwarů (OpenPilot, CleanFlight, Libre Pilot, BetaFlight...). Nakonec se s ohledem na zkušenosti ostatních uţivatelů rozhodnul pro řídící software Librepilot, který nabízí nejlepší uţivatelské rozhraní, bez omezení počtu nastavitelných parametrů (cca 2000). Nejprve je nutné provést základní kalibraci dané řídící jednotky, která můţe slouţit ke stabilizaci koptér, vrtulníků, plošníků, ale také pozemní techniky. V dalších krocích provede uţivatel nastavení průběhu křivek jednotlivých ovládacích signálů, jejich rozsahy, velikosti zpoţdění...atd. Potom následuje definování funkce Fail Safe a nastavení vysílače. Po provedení prvních zalétávacích letů pak bylo nutné do nastavení několikrát vstoupit a pozměnit hodnoty a průběhy některých veličin. Proces kalibrace a letového testování samotné quadrokoptéry zahrnoval celkem 17 startů a autorovi zabral přibliţně měsíc. Obr. 131 Kalibrace quadrokoptéry v programu LibrePilot (Autor, LibrePilot) 176

182 Zalétávání Zalétávání modelu si celkem vyţádalo přibliţně 40 ověřovacích letů (17 pro kalibraci quadrokoptéry + 23 pro zkoušky konstrukčních úprav). Tyto lety probíhaly během února, března a dubna Během těchto letů se autor pokoušel najít optimální nastavení řídící jednotky, naprogramování vysílače a také prakticky ověřoval konstrukční úpravy modelu. Úpravy konstrukce quadrokoptéry jsou popisovány v následujících kapitolách. Obr. 132 Jeden z prvních letů s podvěšenou kamerou (Foto Z. Raclavská) 177

183 6.4. Úpravy konstrukce Následující kapitola se bude zabývat úpravami konstrukce modelu, které autor postupně prováděl, s úmyslem získat kvalitní a v praxi pouţitelnou platformu pro letecké snímkování Výroba podvozku Základní stavebnice DJI 450 je dodávána s minimalistickým podvozkem, který je vhodný pro závodní létání FPV. Případně můţe slouţit jako základ pro uchycení podvozku vlastní konstrukce. Během letových zkoušek quadrokoptéry vyzkoušel autor postupně několik koncepcí uspořádání přistávacího podvozku. Kaţdá z nich měla některé klady a zápory, které jsou shrnuty dále. 178

184 Podvozek z bukových kulatin Tato varianta podvozku byla vyuţívána při prvních letových testech s podvěšenou kamerou. Bukové kulatiny byly pouţity především kvůli snadné montáţi na rám modelu pomocí tzv. zip pásek, a také pro jejich nízkou hmotnost. Podvozek z bukových kulatin o průměru 5mm měl dostatečnou pevnost pro umoţnění vzletu a přistání modelu. Na druhou stranu slouţil také jako deformační zóna, při případném tvrdším přistání. Během letových testů popisovaného modelu autor tuto vlastnost několikrát nechtěně prověřil. Při nárazu po tvrdém přistání došlo vţdy k prasknutí bukové kulatiny a rám modelu byl tak ochráněn před poškozením. Podvozkové nohy z bukových kulatin však bohuţel vykazovaly při letu modelu s určitými kritickými otáčkami motorů vysokou tendenci k samobuzenému kmitání a zcela tak znehodnocovaly pořizované záběry. Autor se pokoušel tendenci ke kmitání sníţit změnou délky podvozkových nohou. Nicméně úplného odstranění neţádoucích vibrací bylo dosaţeno aţ změnou materiálu. Obr. 133 Podvozková noha z bukové kulatiny o průměru 5mm (Autor) 179

185 Podvozek z bambusových kulatin Během dalších testů vyzkoušel autor vyrobit podvozkové nohy z uhlíkových trubek, prodávaných jako modelářské polotovary. Tento materiál se však během letového testování neosvědčil, jeho schopnost tlumit vibrace byla ještě niţší, neţ u bukových kulatin. Třetím materiálem, který se autor rozhodnul pouţít pro konstrukci podvozku, byl bambus. Bambusové podvozkové nohy měly téměř shodnou hmotnost (23g), jako nohy vyrobené z bukové kulatiny (20g). Jejich pevnost a především odolnost proti kmitání (prokázaná letovými zkouškami) však byla daleko vyšší. Bohuţel ale byla také daleko vyšší jejich odolnost proti zlomení. Díky tomu byla ztracena důleţitá vlastnost podvozku, který by měl slouţit jako cíleně udrţované slabé místo konstrukce. Větší náraz při nezdařeném přistání modelu, by tak mohl poškodit konstrukci samotného rámu, jehoţ pořizovací cena dalece přesahuje cenu pokvozkové nohy. Vzhledem k výše popisovaným nedostatkům, se autor rozhodnul pro konstrukci speciálního podvozku. 180

186 Podvozek ze sendviče uhlík/balza Ke konstrukci níţe popisovaného podvozku se autor rozhodnul na základě zkušeností, popisovaných v předchozích kapitolách. Stanovil si několik základních poţadavků, které musí budoucí podvozek splňovat. Požadavky na podvozek quadrokoptéry Odolnost proti vibracím Dobrá schopnost tlumení razů vznikajících při přistání v běţném provozu Schopnost uloţení podvozku zabránit poškození rámu při větším nárazu Vysoká pasivní bezpečnost (malá pravděpodobnost poškození majetku a zdraví při případné nehodě modelu) Volba materiálu Po několika pokusech s běţnými modelářskými materiály (Balza, Smrk, Překliţka, Dural) dospěl autor k rozhodnutí, vyuţít ke stavbě podvozku desky uhlíkového kompozitu. Desku tvořenou zapečeným rovingem z uhlíkového prepregu získal autor z přebytků firmy, která se zabývá výrobou uhlíkových dílů pro automobilový průmysl. Jedná se tedy v podstatě o odpadní materiál z výroby. Pouţitá deska uhlíkového kompozitu má přibliţnou tloušťku 1,5mm. Nejvhodnější způsob výroby dílů z takové desky je stříhání, případně řezání speciálním kruhovým noţem. Uhlíkový kompozit se vyznačuje výbornými mechanickými vlastnostmi, při nízké hmotnosti. Jeho zpracování je však poměrně náročné a je třeba při něm dbát zvýšených bezpečnostních opatření a pouţívat příslušné ochranné pracovní prostředky. Materiál má totiţ tendenci se drobit po hraně řezu do drobných třísek, které se velmi snadno zapichují do kůţe, z toho důvodu je nutné pouţívat rukavice a ochranné brýle. Při broušení uhlíkového kompozitu vzniká velmi jemný prach, který je schopný proniknout běţnými rouškami a který působí v lidském organismu karcinogenně. Je tedy nutné při práci s ním pouţívat speciální roušky a jemné dobroušování provádět pod vodou. Autor při práci s materiálem nebral výše uváděné zásady na lehkou váhu, poţíval všechny předepsané ochranné pomůcky a veškeré práce prováděl v exteriéru. 181

187 Návrh podvozku Návrh uspořádání budoucího podvozku byl autorem prováděn tak, aby pokud moţno splňoval všechny výše uváděné poţadavky. Autor se rozhodnul pro způsob konstrukce ze dvou polovin uhlíkového kompozitu, slepeného pomocí balzového prkénka tloušťky 5mm. Tato konstrukce je velmi jednoduchá a díky balzové výplni je splňen první poţadavek na podvozek: Odolnost proti vibracím. Navíc pokud dojde k opravdu velkému nárazu, měla by balza zafungovat jako deformační zóna a pomoci tak pohltit jeho energii. Prvním krokem při vývoji podvozku bylo navrhnout jeho tvar. Základní podmínkou byla dostatečná pevnost podvozku. Podvozek zároveň nesmí svou konstrukcí narušovat zorné pole nesené kamery. Jeho linie by měla být jednoduchá, elegantní a s co moţná nejvyšší pasivní bezpečností při provozu modelu. Během volby tvaru podvozkové nohy si autor nakreslil několik různých návrhů, ty následně přenesl na karton a vystřihl. Přikládáním ke konstrukci quadrokoptéry s kamerou v podvěsu z nich potom vybíral funkčně i esteticky optimální variantu. Obr. 134 Orientační výkres podvozkové nohy uhlík/balza (Autor) 182

188 Druhým zásadním úkolem při návrhu podvozku, bylo vyřešit způsob jeho uchycení k rámu. Autor se rozhodl pro montáţ pomocí dvou šroubů M2x10 s podloţkami a maticemi. Jeden z těchto šroubů je vůči rámu uloţen pevně a zachycuje tak suvné síly, které na uloţení podvozku působí. Nicméně zároveň umoţňuje rotaci podvozkové nohy, kolem jejího uloţení. Druhý šroub je uchycen letmo ve výplni rámu z EPP. Tento způsob montáţe umoţňuje tlumený pohyb šroubu v řádu několika milimetrů vůči jeho uloţení. Díky tomuto způsobu montáţe podvozkových nohou jsou splněny tři zbývající poţadavky na podvozek: Dobrá schopnost tlumení razů, Schopnost zabránit poškození rámu při větším nárazu, Vysoká pasivní bezpečnost. Obr. 135 Způsob uchycení podvozkových nohou (Autor) 183

189 Stavba uhlíkovo/balzového podvozku Samotná stavba podvozku byla zahájena vystřiţením a hrubým obroušením polovin podvozkových nohou z uhlíkového kompozitu. Tato práce byla velmi zdlouhavá a zahrnovala pouţití všech výše zmiňovaných ochranných pracovních pomůcek. K lepení hrubě opracovaných polovin bylo pouţito CA lepidlo střední konzistence, které se pro slepování těchto materiálů velmi osvědčilo. Jak je patrné z následujících fotografií, má vnitřní strana uhlíkové desky matnou, hrubou strukturu. Zatímco vnější pohledová strana byla během zapékání kompozitu přiloţena ke skleněné desce a má díky tomu velmi jemnou strukturu. Hrubé struktury vnitřní strany bylo vyuţito při lepení dílů. Lepidlo má díky tomu mnohem větší adhezi, neţ by mělo na hladkém povrchu uhlíkového kompozitu. Vnější strana pak byla ponechána jako pohledová. Obr. 136 Stavba podvozku (Autor) 184

190 Dalším krokem stavby bylo vyvrtání otvorů pro montáţ ke konstrukci modelu a tmelení drobných nerovností na hranách nohou, daných vlastnostmi výplňové balzy. K tomu poslouţil ultralehký šlehaný tmel. Po vybroušení tmelených ploch a finálního tvaru podvozkových nohou, došlo na povrchovou úpravu balzových hran. Povrchová úprava byla provedena modelářskou akrylátovou barvou. Uhlíkové části podvozku byly ponechány v barvě materiálu. Montáţ hotových podvozkových nohou byla provedena pomocí ocelových šroubů M2x10, podle výše popisovaného konceptu. Obr. 137 Výplň části rámu z EPP a montáž p. nohou pomocí šroubů (Autor) Celková hmotnost podvozkových nohou vyrobených touto technologií je sice (ve srovnání s předchozími variantami) poněkud vyšší (37g), nicméně tento přírůstek hmotnosti je bohatě vyváţen jejich uţitnými vlastnostmi. 185

191 Letové testování uhlíkovo/balzového podvozku Ověření funkce podvozku probíhalo během několika samostatných letů. Nejprve bez namontované kamery v podvěsu. Během této fáze byly s modelem záměrně prováděny tvrdší přistání, aby tak byla ověřena správná funkce podvozku. Během letových testů se potvrdila většina autorových předpokladů a tento podvozek se ukázal jako plně funkční. Další letové testy probíhaly s kamerou v podvěsu. Vibrace za letu se díky nové konstrukci podvozku výrazně sníţily a díky eliptickému tvaru podvozkových nohou se zvýšilo také zorné pole kamery. Tento podvozek se tedy osvědčil a bude na modelu nadále pouţíván. Obr. 138 Letové testování uhlíkovo/balzovového podvozku (Z. Raclavská) 186

192 Výroba uložení akumulátorů Vzhledem k hmotnosti výše popisovaných pohonných akumulátorů, která činí 270g, bylo nutné vyřešit jejich dostatečně pevné uchycení k rámu modelu. Pokud by totiţ při některém prudším obratu došlo k jejich uvolnění, určitě by to znamenalo výraznou změnu polohy těţiště quadrokoptéry, která by se tak stala obtíţně řiditelnou. V případě úplného uvolnění akumulátorů, by s největší pravděpodobností následoval neřízený pád modelu. Konstrukční řešení tohoto uloţení by ale na druhou stranu mělo umoţňovalo snadnou výměnu akumulátorů, mezi jednotlivými lety. S ohledem na tyto poţadavky navrhnul autor jakousi schránku z překliţky a smrkových lišt, která je pevně uchycena do konstrukce rámu pomocí čtyřech mosazných vrutů. Uloţení akumulátorů do schránky je provedeno suvně. Poloha akumulátorů je vůči konstrukci schránky fixována pomocí oka, sešitého z textilní gumy. Navíc jsou akumulátory zajištěny k samotnému rámu pomocí komerčně vyráběného stahovacího pásku se suchým zipem. Tento pásek má výrobcem garantovanou únosnost 20kg, coţ by (při hmotnosti akumulátorů 270g) přibliţně odpovídalo násobku 70G. Konstrukce upevnění akumulátorů je tak výrazně předimenzovaná a jejich výměna v praktickém provozu je otázkou několika vteřin. Obr. 139 Schránka pro uložení pohonných akumulátorů (Autor) 187

193 6.5. Uchycení kamery k modelu Uchycení přímo k rámu Během prvních letových testů modelu s podvěšenou kamerou (SJ4000), se projevila hlavní nevýhoda quadrokoptéry, ve srovnání s modelem letadla. Touto nevýhodou jsou silné vibrace, které vyvozují i během stabilizovaného letu její motory. Tyto vibrace nejsou nijak výrazně tlumeny konstrukcí jejího rámu. Prvním krokem k redukci vznikajících vibrací, ke kterému se autor rozhodnul, bylo dynamické vyváţení vrtulí pomocí modelářské vyvaţovačky. Tato změna vedla k výraznému sníţení vibrací, nicméně jejich intenzita byla stále značná a výsledné záběry tak byly nepouţitelné. Autor se tedy rozhodnul pro uchycení kamery k rámu modelu pomocí silentbloků Montáž kamery pomocí silentbloků Následující kapitoly popisují vývoj protivibračního uloţení kamery Silentbloky z EPP, molitanu a z vulkanizované pryže K prvním pokusům slouţily silentbloky, vyrobené z EPP. Při jejich konstrukci vyuţil autor schopnosti tohoto materiálu dobře tlumit vibrace. Konstrukce silentbloků byla velmi jednoduchá. Tvořily je dvě desky z překliţky 1,5mm. Jedna z nich slouţila pro montáţ kamery a druhá k jejímu přichycení k rámu. Tyto dvě desky byly spojené tlumícími prvky z EPP. Základními parametry, které se měnily v průběhu letových testů, byla délka tlumících prvků, jejich uspořádání a způsob upevnění. Změnou těchto parametrů se autor pokoušel nalézt optimální řešení konstrukce, při kterém by docházelo k co nejlepšímu potlačení vibrací kamery. Především pak během kritických otáček motorů ve visu. Tyto materiály však neposkytovaly úplné odstranění vibrací, které tak i nadále znehodnocovaly pořizované záběry. 188

194 Silentbloky se silikonovými hadicemi K vývoji těchto silentbloků vedly autora praktické zkušenosti, popisované v předchozích kapitolách. Jejich konstrukce byla volena s ohledem na splnění několika poţadavků. Co moţná největší tlumící schopnost, především ve visu modelu Snadná změna délky tlumících prvků, během letových zkoušek Konstrukce by měla být snadno upravovatelná Neměly by zbytečně zvyšovat světlou výšku modelu Z výše zmíněných poţadavků vycházela konstrukce silentbloků jako dvou základových desek, spojených pomocí silikonových hadic. Tyto hadice jsou autorem pouţívány pro rozvod paliva u historických motocyklů. Stavba těchto silentbloků byla velmi jednoduchá a podobala se stavebním postupům, zmiňovaným v kapitole (7.4.1.). Během zkušebních letů byla tlumící schopnost silentbloků upravována, pomocí změny délky jednotlivých silikonových hadic. Tyto silentbloky byly po několika letech odladěny tak, ţe bylo moţné pořizovat naprosto čisté záběry, nezatíţené vibracemi. Bohuţel se ale ukázalo, ţe samotné odstranění vibrací, je pro pořizování kvalitních leteckých videí dostatečné pouze za bezvětří. Pokud je nutné s modelem manévrovat aby byl vyloučen vliv větru, dochází k jeho náklonu. Tento náklon se potom projeví pořizováním záběrů s šikmým horizontem. Tyto záběry je potom nutné upravovat v různých editorech a není moţné dosahovat zcela uspokojivých výsledků. Dalším vývojem dospěl autor k rozhodnutí, vyrobit pohyblivé uloţení kamery pomocí kardanova kloubu (viz. kapitola 7.) Toto uloţení by mělo umoţnit stabilizaci kamery ve vodorovné rovině a potlačit tak její náklony za letu. 189

195 6.6. Ukázky fotografií pořízených tímto modelem Obr. 140 Fotografie pořízené modelem Quadrokoptéra (Autor) 190

196 7. Konstrukce a výroba gimbalu pro stabilizaci obrazu: 7.1. Definice gimbalu Gimbal je anglický výraz pro kardanův kloub, případně pro uloţení se třemi stupni volnosti. V českém odborném slangu se tento výraz pouţívá pro označení zařízení, které pouţívají filmaři pro stabilizaci kamery. Toto zařízení dokáţe udrţet kameru v dokonale vodorovné, případně jiné přednastavené poloze. Pořizovací cena profesionálních zařízení pouţívaných pro stabilizaci filmových kamer, se pohybuje v řádech desítek a stovek tisíc korun. S vývojem miniaturních akčních kamer vyvstala potřeba miniaturizace stabilizačních zařízení. V současnosti je na trhu široký výběr miniaturních gimbalů, které jsou pouţitelné pro většinu typů akčních kamer. Pořizovací cena malých gimbalů se na Českém trhu pohybuje cca od 5 000Kč do Kč. Obr.141 Profesionálních gimbaly pro klasické a akční kamery (qomra.pro [58]) 191

197 7.2. Profesionálně vyráběné gimbaly Jedním z nejlevnějších zařízení pro stabilizaci obrazu, které je uţ výrobcem určené pro montáţ na bezpilotní prostředky, je Brushless gimbal G-3D společnosti Walkera. Pořizovací cena tohoto stabilizátoru se na českém trhu pohybuje kolem Kč, prakticky se tedy vyrovná pořizovací ceně výše popisované quadrokoptéry. Obr. 142 Gimbal Walkera G-3D pro rekreační drony (walkera.com [59]) 192

198 7.3. Proč se autor rozhodnul pro konstrukci vlastního gimbalu Hlavní motivací pro výrobu vlastního stabilizátoru byla snaha získat zařízení, které by ideálně pasovalo do pouţité quadrokoptéry a jeho montáţ by příliš neměnila polohu těţiště a celkovou siluetu modelu. Komerčně vyráběné gimbaly jsou totiţ většinou navrţené pro montáţ pod model a jejich konstrukce nebývá zrovna kompaktní. Mezi dalšími důvody ke stavbě byla snaha o ověření, zda je něco podobného a funkčního zkonstruovatelné a vyrobitelné v amatérských podmínkách. V neposlední řadě pak také snaha o minimalizaci nákladů na samotný stroj. Obr. 143 Profesionální gimbaly v podvěsu (Hobby King [39]) 193

199 7.4. Vývoj gimbalu Stavba Prototypu Pro konstrukci prvního pokusného gimbalu se autor rozhodnul pouţít obdobnou technologii, která byla pouţita při stavbě letounů De Havilland DH 98 Mosquito. Jedná se o sendvičovou konstrukci z balzy a překliţky. Tato konstrukce se díky vysoké stavební výšce vyznačuje značnou torzní tuhostí a pevností, v kombinaci s nízkou hmotností. Hlavní motivací pro vyuţití tohoto stavebního materiálu, byla snaha o minimalizaci hmotnosti budoucího gimbalu a také moţnost úprav během předpokládaného dalšího vývoje. S tímto materiálem se totiţ pracuje daleko lépe neţ s uhlíkovým kompozitem, který byl pouţit u dalších vývojových verzí zařízení. Pohyblivé části jsou řešeny velmi jednoduše, pomocí silikonových hadiček na palivo o průměru 6mm. Ty zároveň slouţí jako dobrý tlumič všudypřítomných vibrací. Řídící signál pro ovládání stabilizace gimbalu podél dvou os je generován řídící jednotkou CC3D, kterou autor pouţívá pro stabilizaci výše zmiňované quadrokoptéry. K zesílení a přenosu ovládacího signálu na mechanický pohyb, pro ovládání gimbalu, slouţí dvě klasická modelářská serva Hitec HS 81. Tato analogová serva mají dostatečný kroutící moment a rychlost odezvy, pro zajištění správného pohybu kamery. Jejíţ hmotnost spolu s ochranným pouzdrem je přibliţně 170g. Obr. 144 Sendvičová konstrukce balza-překližka (Autor) 194

200 Stavba prototypu byla zahájena vyřezáním a slepením desky pro montáţ kamery. Pro lepení balzovo-překliţkového sendviče bylo pouţito metody dvojího lepení. Kyanoakrylátové kontaktní lepidlo během něj umoţňuje přesné usazení dílů a minimální čas na vytvrzení. Kyanoakrylát má navíc vyšší odolnost proti namáhání smykem. Zatímco klasické rozpouštědlové lepidlo, pouţité na vnitřní části dílu, má po vytvrzení vyšší odolnost na namáhání olupem. Obě lepidla tak společně vytváří mechanicky velmi odolný spoj. Po důkladném vyschnutí lepidel byla deska opracována a obroušena do svého finálního tvaru. Následovalo navrtání a vystruţení otvoru pro montáţ ocelového šroubu, slouţícího k uchycení kamery. Obr.145 Stavba desky pro připevnění kamery (Autor) 195

201 Dalším krokem bylo vrtání a struţení otvoru pro silikonovou hadičku na palivo. Tato hadička tvoří jednoduchý kardanův závěs, který umoţňuje pohyb ve dvou osách volnosti, a zároveň účinně tlumí vibrace. V dalších stavebních krocích byla pomocí bukové kulatiny o průměru 4mm (obroušené do vhodného tvaru), vystředěna a zalepena silikonová hadice hlavního závěsu. Buková kulatina po zkrácení a opracování poslouţila také jako jednoduché vahadlo, pro uchycení silikonových táhel. Obr. 146 Připevnění silikonového kardanova závěsu a silikonových táhel (Autor) 196

202 Stavba dále pokračovala slepením základové desky, která bude slouţit k uchycení kardanova kloubu a k níţ budou připevněna ovládací serva. V dalších stavebních krocích došlo k propojení obou desek pomocí silikonového závěsu a bukové kulatiny, výše popisovaným způsobem. Obr. 147 Stavba základové desky pro uchycení serv a její spojení s deskou kamery (Autor) 197

203 Dalším krokem bylo přišroubování montáţní příruby pro kameru a přichycení hotového gimbalu ke konstrukci quadrokoptéry. K tomuto přichycení poslouţily pro první letové zkoušky pouze suché zipy. Obr. 148 Přišroubovaná redukce pro uchycení kamery, montáž serv a pokusné přichycení gimbalu do konstrukce quadrokoptéry (Autor) Další fází bylo softwarové nastavení řídící jednotky CC3D tak, aby poskytovala řídící signál pro serva, která ovládají pohyb gimbalu. Toto nastavení se provádí pomocí softwaru Libre pilot a bude popsáno v následující kapitole. 198

204 Nastavení gimbalu v softwaru Libre Pilot Software Libre pilot umoţňuje kromě výše popisovaného nastavení ovládacích a stabilizačních parametrů samotného modelu také vyuţití telemetrie z řídící jednotky, ke stabilizaci nesené kamery. Toto nastavení však není úplně přímočaré a vyţaduje hlubší teoretické znalosti funkce jednotlivých komponentů. Tyto znalosti se týkají především velikosti řídících signálů serv, nastavení jejich zisků a kalibrace střední polohy. Během své předchozí modelářské praxe neměl autor potřebu se o elektronickou stránku funkce serv příliš zajímat, ovšem nyní si ji musel poměrně pečlivě nastudovat. Vzhledem k prostorovým moţnostem této práce se autor omezí na konstatování, ţe díky kalibraci tohoto zařízení se o elektronickém principu funkce serv dozvěděl mnoho nových informací. Finální kalibrace gimbalu si vyţádala přibliţně 15 testovacích letů, během nichţ bylo ověřováno správné nastavení velikosti výchylek serv, rychlost jejich chodu (aby korespondovala s rychlostí manévrování quadrokoptéry), a také schopnost gimbalu potlačovat vibrace celé platformy. Získané poznatky vedly ke konstrukci finální verze tohoto zařízení. Obr 149. Ukázka nastavení jednotlivých vlastností serv gimbalu (Autor, LP) 199

205 Gimbal z uhlíkového kompozitu Při konstrukci finální verze gimbalu vyuţil autor zkušeností s předchozími verzemi. Za základ pro stavbu desky pro uchycení kamery poslouţila ověřená konstrukce z balzy a překliţky, která přináší dobré utlumení vibrací, vznikajících za provozu modelu. Autor opět vyuţil sendviče překliţka(1,5mm)/balza(5mm)/překliţka(1,5mm). Pro uchycení ovládacích táhel ze silikonových hadiček poslouţil smrkový nosník 3x12mm a plastové Zip pásky. Tento způsob uchycení umoţňuje přesnější nastavení délky táhel. Konstrukce základové desky gimbalu vyuţívá výše zmiňovanou desku z uhlíkového kompozitu. Z této desky byl vystřiţen dobroušen finální tvar základny gimbalu. Další stavební operace byly obdobné, jako při stavbě prototypu. S ohledem na co nejlepší utlumení vibrací byla finální verze gimbalu připevněna k rámu pomocí silentbloků z molitanu a vulkanizované pryţe. Po doladění správné funkce zaţízení, během letových testů, získal autor funkční gimbal s minimálními pořizovacími náklady. Obr. 150 Stavba finální verze gimbalu (Autor) 200

206 7.5. Porovnání záběrů z modelu před/po montáži gimbalu Montáţ finální verze gimbalu a jeho následná kalibrace si sice vyţádala několik zkušebních letů, nicméně po správném nastavení řídící jednotky bylo moţné pořizovat stabilní záběry aţ do rychlostí větru přibliţně 8m/s. Díky mechanickému stabilizátoru obrazu bylo dosaţeno záběrů, jejichţ kvalita je srovnatelná s nejlevnějším komerčně dostupným zařízením (Walkera G-3D). Při srovnávání vycházel autor z posouzení záběrů, které byly pořízeny za pouţití tohoto stabilizátoru a zveřejněny na Youtube.com. Hlavním přínosem gimbalu pro pořizování fotografií, je zachování přirozené polohy horizontu během většiny manévrů quadrokoptéry (viz. Obr. 151). Obr. 151 Porovnání polohy horizontu v náklonu, před/po montáži gimbalu (Autor) 201